ARM Architecture
ARM 아키텍쳐에 대해 정리해놓으려고 한다.
Register
R0 ~ R12 : 범용 레지스터 (다목적 레지스터)
R0 : 함수 리턴 값 저장 (EAX 같은 느낌)
R0 ~ R3 : 함수 호출 인자 전달
R13 ~ R15 : 특수 레지스터
R13(SP) : 스택 포인터 : 스택의 맨 위를 가리킴
R14(LR) : 링크 레지스터 : 서브루틴 후에 돌아갈 리턴 주소 저장
R15(PC) : 프로그램 카운터 : 현재 fetch되고 있는 명령어의 주소 - 따라서 현재 실행되는 명령어의 다음다음 주소
CSPR Register
CSPR(Current Program Status Register)
CPSR의 레이아웃은 32비트를 기준으로 8 비트씩, 플래그(Flag) 비트, 상태(Status) 비트, 확장(Extension)비트, 제어(Control)비트로 나뉜다.
N(Negative) : 음수 플래그 (연산 결과가 음수일 경우)
Z(Zero) : 제로 플래그 (연산 결과가 0일 경우, 비교 결과가 같을 경우)
C(Carry) : 캐리 플래그 (연산 결과에서 자리 올림이 발생한 경우)
V(oVerflow) : 오버플로우 플래그 (연산 결과가 오버플로우 난 경우)
Instruction
형식 : <Operation>{<cond>}{S} Rd, Rn, Op2
- Operation : 명령어
- cond : 접미사
- S : CSPR Setting
- Rd(Destination Register) : 목적지 레지스터
- Rn : 레지스터
- 두 번째 OPERAND : 레지스터 or 상수(앞에 #이 붙음)
ex) ADD r0, r1, r2 ; r0 = r1 + r2
접미사
EQ : Z Set -> equal
NE : Z Clear -> not equal
GE : N equal V -> greater or equal
LT : N not equal V -> less than
GT : Z Clear and (N equal V) -> greater than
LE : Z Set or (N not equal V) -> less than or equal
S : Execution Instruction and CPSR Register Setting
ex) ADDEQ r0, r1, r2 ; if(ZF) r0 = r1 + r2 -> if(r0 == r1+r2){ }
Function Calling
1) 프롤로그 (서브루틴을 호출하기 직전)에 r4 부터 r11 까지 스택에 저장(push)하고 r14(리턴어드레스)를 스택에 저장(push)한다.
2) r0 - r3 중에 함수에 전달할 인자값이 있으면 이것을 r4 - r11 (임의)로 복사한다.
3) 나머지 지역변수들은 r4 - r11 중 남아있는 곳에 할당한다.
4) 연산을 수행한 후 다른 서브루틴이 있다면 호출한다.
5) r0 에 리턴값(결과)를 저장한다.
6) 에필로그(원래있던 곳으로 복귀)에 스택에서 r4 - r11 을 꺼내고 r15(프로그램 카운터)에서 리턴어드레스(복귀주소)를 꺼낸다.
명령어
산술 연산 (<Operation>{<cond>}{S} Rd, Rn, Op2)
ADD r0, r1, r2 ; r0 = r1 + r2
SUB r0, r1, r2 ; r0 = r1 - r2
MUL r0, r1, r2 ; r0 = r1 * r2
UMULL r0, r1, r2, r3 ; 부호가 없는 곱하기 r2 * r3 해서 하위 32비트를 r0에, 상위 32비트를 r1에 저장
SMULL r0, r1, r2, r3 ; r2와 r3의 값을 2의 보수 부호 있는 정수로 해석하고 둘을 곱하고 하위 32비트를 r0, 상위 32비트를 r1에 저장
[예제]
SUBNE r1, r2, r3 ; if(!ZF) r1 = r2 - r3
MULEQ r1, r2, r3 ; if(ZF) r1 = r2 * r3
비교 연산 (<Operation>{<cond>} Rn, Op2)
- 비교 연산 결과는 CPSR의 플래그 설정
CMP r0, r1 ; r0 - r1
TST r0, r1 ; r0 & r2
[예제]
CMP r0 #10 ; r0이 10이면 Zero Flag 0으로 세팅
논리 연산 (<Operation>{<cond>}{S} Rd, Rn, Op2)
AND r0 r1 ; r0 & r1
EOR r0 r1 ; r0 ^ r1
ORR r0 r1 ; r0 | r1
[예제]
AND r0, r1, r2 ; r0 = r1 & r2
EORNE r0, r1, r2 ; if(!ZF) r0 = r1 ^ r2
EORGT r0, r1, r2 ; Greater than r0 = r1 ^ r2
데이터 이동
- 메모리 접근 불가 (<Operation>{<cond>}{S} Rd, Op2)
MOV r0 r1; r0 <- r1
MVN r0 r1; r0 <~ ~r1
- 메모리 접근 가능 (<Operation>{<cond>}{B, H}{S} Rn, Op2)
* LDR과 STR은 값을 넣는 오퍼랜드 방향이 반대임
LDR r0 r1; r0 = r1(Memory)
STR r0 r1; r1(Memory) = r0
[예제]
MOVEQS r0, r1, LSR #3 ; if(ZF)r0 = (r1 >> 3); CPSR
LDRB r0, [r1], LSL # 2 ; r0 = *(Byte*)r1 << 2
LDR r0, [r1] ; r0 = *r1
LDR r0, 0xdeadbeef ; r0 = *0xdeadbeef
STR r0, [r1, #4] ; *(r1+4) = r0
STR r0, [r1], #4 ; *(r1) = r0 그리고 r1 += 4
LDRB r0, [r1, r2] ; r0 = *(Byete*)(r1+r2)
STRH r0, [r1] ; *(Half Word*)r1 = r0
주소 분기 (<Operation> {<cond>}{S} Label(function))
B operand1 ; Jump operand1
BL operand1, LR ; operand1 함수 호출 LR은 리턴 주소 저장
[예제]
BL _printf ; printf 함수 호출
BL sub_404040 ; sub_404040 함수 호출
B aaaa ; aaaa로 분기
BEQ success ; 제로 플래그 세팅되어 있으면 success로 분기
베럴 쉬프트 (<Operation> {<cond>}{S} Rd, Rn, Op2, {<Barrel>} Shift)
LSL ; 왼쪽으로 쉬프트, 빈자리 0
LSR ; 오른쪽으로 쉬프트, 빈자리 0
ASL ; 왼쪽으로 쉬프트, 빈자리 부호
ASR; 오른쪽으로 쉬프트, 빈자리 부호
[예제]
MOV r0, r1, LSL #2 ; r0 = r1 << 2
ADD r0, r1, r2, LSL #3 ; r0 = r1 + (r2 << 3)
EOREQ r0, r1, r2, LSR r4 ; if(ZF) r0 = r1 ^ (r2 >> r4)
AND r0, r1, r2 LSR r3 ; r0 = r1 & (r2 >> r3)
Analysis Setting
arm-linux-gnueabi-gcc a.c -o a : ARM Cross Compile
qemu-arm ./a : File Execute
qemu-arm-static -L /usr/arm-linux-gnueabihf ./a : File Execute
GDB
qemu-arm-static -L /usr/arm-linux-gnueabi -g 1234 ./analysis1 : terminal1
gdb-multiarch -q : terminal2
target remote localhost:1234 : terminal2