WinCE 和 Linux 上的 ARM 调用约定

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介绍

由于ARM处理器的低功耗、高性能和低成本，其架构在嵌入式系统和移动设备中越来越受欢迎。它广泛用于Windows CE和Linux等操作系统的开发。在本文中，我们将讨论Windows CE和Linux上的ARM调用约定。

什么是调用约定？

调用约定是一组规则，规定了程序中函数调用的方式。这些规则用于定义如何传递参数、如何处理返回值以及在函数调用期间如何管理堆栈。ARM架构有几种不同的调用约定，它们因使用的操作系统而异。

Windows CE上的调用约定

Windows CE是为小型设备（如手机和PDA）设计的实时操作系统。Windows CE中使用的ARM调用约定称为Windows CE操作系统的ARM过程调用标准（APCS-CE）。

APCS-CE定义了函数调用的几个规则。首先，函数的前四个参数通过寄存器r0到r3传递。如果参数超过四个，则在堆栈上传递。其次，函数的返回值通过寄存器r0传递。如果返回值大于32位，则通过寄存器r0和r1传递。

第三，堆栈以特定方式管理。当调用函数时，调用者负责将返回地址压入堆栈。被调用者负责在其可以使用它们之前将其余寄存器压入堆栈。最后，堆栈与8字节对齐。

示例

这是一个使用APCS-CE调用约定添加两个数字的函数示例：

int add(int a, int b) { 
   int c; 
   __asm { 
      mov r0, a 
      mov r1, b 
      bl sum 
      mov c, r0 
   } 
   return c; 
}
int sum(int a, int b) { 
   return a + b; 
}

在这个例子中，add()函数接收两个参数（a和b），并返回它们的和。参数通过寄存器r0和r1传递，函数调用使用bl指令进行。sum()函数单独定义，并接收两个参数（a和b），将它们相加并返回。

Linux上的调用约定

Linux是一个流行的开源操作系统，运行在各种设备上，包括服务器、桌面和嵌入式系统。Linux中使用的ARM调用约定称为ARM过程调用标准（APCS）。

APCS定义了函数调用的几个规则。首先，函数的前四个参数通过寄存器r0到r3传递。如果参数超过四个，则在堆栈上传递。其次，函数的返回值通过寄存器r0传递。如果返回值大于32位，则通过寄存器r0和r1传递。

第三，堆栈以特定方式管理。当调用函数时，调用者负责将返回地址压入堆栈。被调用者负责在其可以使用它们之前将其余寄存器压入堆栈。最后，堆栈与8字节对齐。

示例

这是一个使用APCS调用约定添加两个数字的函数示例：

int add(int a, int b) { 
   int c; 
   asm volatile ( 
      "mov r0, %1
\t" 
      "mov r1, %2
\t" 
      "bl sum
\t" 
      "mov %0, r0
\t" 
      : "=
   )
}

在这个例子中，add()函数接收两个参数（a和b），并返回它们的和。参数通过寄存器r0和r1传递，函数调用使用bl指令进行。sum()函数单独定义，并接收两个参数（a和b），将它们相加并返回。

APCS-CE和APCS之间的区别

APCS-CE和APCS之间的主要区别在于堆栈的管理方式。APCS-CE要求堆栈与8字节对齐，而APCS没有此要求。此外，APCS-CE要求调用者在调用函数之前将其余寄存器压入堆栈，而APCS没有此要求。

另一个区别是返回值的处理方式。APCS-CE要求返回值通过寄存器r0传递，而APCS允许返回值通过任何寄存器传递。

此外，重要的是要注意，调用约定可能因使用的编译器而异。例如，不同版本的GCC可能对同一操作系统使用不同的调用约定。必须查阅所用特定编译器的文档，以确保遵循正确的调用约定。

另一个重要的考虑因素是ARM架构支持32位和64位模式，并且调用约定可能因使用的模式而异。例如，在64位模式下，参数通过寄存器x0到x7传递，而不是r0到r7。

最后，值得注意的是，ARM架构除了APCS和APCS-CE之外，还有许多其他调用约定。例如，有一个由Microsoft Visual C++编译器生成的ARM代码的调用约定，还有一个由LLVM编译器生成的ARM代码的调用约定。

结论

在本文中，我们讨论了Windows CE和Linux上的ARM调用约定。我们看到这两个操作系统都使用ARM过程调用标准，但在堆栈管理和返回值处理方式上存在一些差异。了解这些调用约定对于在ARM架构上编写高效且可移植的代码非常重要。