请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

奔跑的孩子 · 2021-05-19 15:13:06

如题

奔跑的孩子 · 2021-05-19 15:16:52

这个是怎么回事呢？

aozima · 2021-05-19 15:21:46

Thumb-2 多数16位，部分32位，自动变长。

奔跑的孩子 · 2021-05-19 15:24:18

aozima 说：

Thumb-2 多数16位，部分32位，自动变长。

怎么确定是 thumb,还是thumb-2呢？

aozima · 2021-05-19 15:26:16

对了，1C和20这2个不是指令，是数据。
在6和12被相对寻址引用。

奔跑的孩子 · 2021-05-19 15:26:30

thumb指令，相比较与arm代码，储存器的功耗也较低。
thumb指令，基本都是无条件的，一共有18条基本指令，全部指令都是16bit。
Thumb-2指令，由16bit、32bit的指令混合组成，一共有16条基本指令，

搜了一下，确实如此，可是我的 gcc 命令行没有指定 thumb-2, 而是:

$(ARMGNU)-gcc -c $(COPS) -mthumb notmain.c -o notmain.o

aozima · 2021-05-19 17:23:12

我记得这里的BL看起好像是32位，实际上还是16位，但自动粘在一起了。

奔跑的孩子 · 2021-05-19 17:30:41

aozima 说：

我记得这里的BL看起好像是32位，实际上还是16位，但自动粘在一起了。

我看左边那个地址， bl应该是 4字节

aozima · 2021-05-19 19:02:05

原文链接 https://blog.csdn.net/zerglurker/article/details/39451123?utm_source=blogxgwz1

>这其实是一个误解，因为长跳转是由两条跳转指令组成的。

=======================================================
最近因为工作的原因，经常接触到长跳转指令，但是总是弄不明白，跳转的目标地址怎么得来的
经过多方面的资料查找，和自己的反复推算，现在总算弄明白了
先上例子：
下面是几个实际遇到的机器码机器对应的反汇编
示例一 3950a4: f13d feaa =>bl 4d2dfc
示例二 395082: f13d fe40 =>bl 4d2d06
示例三 395044: F7FF FFAc =>bl 394fa0

大家是不是也奇怪为什么16位的thumb指令里面，会出现32位的指令。
开始我也是这么认为的
这其实是一个误解，因为长跳转是由两条跳转指令组成的。
其实际机器码和和含义如下：
1 1 1 1 0 +11位地址偏移高位（off0)
0xF 13D
1 1 1 1 1 +11位地址偏移低位（off1)
0xF EAA
还是以上述三个例子做示范，
其偏移如下：（偏移是将指令去除高五bit得来的，f13d->13d 高五bit是1111 0【001】||| feaa->6aa高五bit是1111 1【110】）
示例一 off0=0x13d off1=0x6aa
示例二 off0=0x13d off1=0x640
示例三 off0=0x7FF off1=0x7AC

首先要做的事情是将两个11位合并为一个22位数(注意由于off1是11位，意味着其最高位为off0的最低位，off0的值要除2)
即 offmid = ((off0/2)<<12)|((off0%2)<<11)|(off1)
按照这样计算，几个示例的偏移中间量为：
offmid = 0x9eeaa
offmid = 0x9ee40
offmid = 0x3fffac
接着将这个值乘2，得到一个23位数
offmid1 = 0x13dd54
offmid1 = 0x13dc80
offmid1 = 0x7fff58
对于前面两个这是一个正数，最高位为0，所以不必取反保留原来的值
对于最后一个，最高位为1，是负数，要减1后取反
处理后，如下：
offmid2 = 0x13dd54
offmid2 = 0x13dc80
offmid2 = 0x8000a8
最高位为1，则表示向前跳转，最高位为0表示向后跳转
跳转的基址是当前指令的末尾，需要再追加4个字节
所以实际跳转值就是：
off = 0x3950a4+4+0x13dd54 = 0x4d2dfc
off = 0x395082+4+0x13dc80 = 0x4d2d06
off = 0x395044+4- 0x0000a8 = 0x394fa0

反过来再看一看，其实长跳转的偏移是这么来的：

首先取当前位置和目标位置的偏移差
地址因为内存对齐的原因，必然是偶数（即最低位必然为0），所以偏移值只有23位有意义，最低位永远为0
又由于最高位为符号位，所以，只有22位存储了真正的值

然后取补码（正数的补码是源码，负数的补码是符号位不变，剩余数取反加1），这样可以去除符号位对值的影响，将结果变为一个真正的22位值

最后再将其拆分为两个11位数，分成两个跳转指令执行

这么一想，顺着看，结果一目了然；但是反汇编的时候，难度就大大增加了，呵呵
————————————————
版权声明：本文为CSDN博主「52编程」的原创文章，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：
https://blog.csdn.net/zerglurker/article/details/39451123

奔跑的孩子 · 2021-05-19 20:39:31

感谢大佬解惑，虽然还是一知半解，容我去给IQ充值再来提问。

奔跑的孩子 · 2021-05-20 10:25:03

strap.s

.arm
_reset:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x31       //输出1
        str     r1, [r0]
        ldr r0, =_thum_mode + 1
        bx r0

.thumb
_thum_mode:
        ldr r1, =0x32       //输出2
        str     r1, [r0]


        ldr r1, =0x33       //输出3
        str     r1, [r0]

@aozima 再请教大佬一个问题，为什么这个代码只能输出 1呢，不能输出 2, 3

$ arm-linux-gnueabi-objdump -D strap.o

strap.o:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <_reset>:
   0:   e59f0014        ldr     r0, [pc, #20]   ; 1c <_thum_mode+0x8>
   4:   e3a01031        mov     r1, #49 ; 0x31
   8:   e5801000        str     r1, [r0]
   c:   e59f000c        ldr     r0, [pc, #12]   ; 20 <_thum_mode+0xc>
  10:   e12fff10        bx      r0

00000014 <_thum_mode>:
  14:   4903            ldr     r1, [pc, #12]   ; (24 <_thum_mode+0x10>)
  16:   6001            str     r1, [r0, #0]
  18:   4903            ldr     r1, [pc, #12]   ; (28 <_thum_mode+0x14>)
  1a:   6001            str     r1, [r0, #0]
  1c:   101f1000        andsne  r1, pc, r0
  20:   00000015        andeq   r0, r0, r5, lsl r0
  24:   00000032        andeq   r0, r0, r2, lsr r0
  28:   00000033        andeq   r0, r0, r3, lsr r0

Disassembly of section .ARM.attributes:

00000000 <.ARM.attributes>:
   0:   00001941        andeq   r1, r0, r1, asr #18
   4:   61656100        cmnvs   r5, r0, lsl #2
   8:   01006962        tsteq   r0, r2, ror #18
   c:   0000000f        andeq   r0, r0, pc
  10:   00543505        subseq  r3, r4, r5, lsl #10
  14:   01080306        tsteq   r8, r6, lsl #6
  18:   Address 0x0000000000000018 is out of bounds.

我照着书本写的, 基于arm926, 明明切换到了thumb模式。

aozima · 2021-05-20 14:53:38

1. 编译和链接时加 -mthumb-interwork

2. 跳转时，先跳到自动生成的 xx_from_thumb 和 xx_from_arm

   b1f0c:	002a      	movs	r2, r5
   b1f0e:	0020      	movs	r0, r4
   b1f10:	f018 ff2a 	bl	cad68 <__memmove_from_thumb> // 当前在thumb模式，调用arm模式的函数 

000cad68 <__memmove_from_thumb>: // 编译器自动生成的 interwork 代码
   cad68:	4778      	bx	pc
   cad6a:	46c0      	nop			; (mov r8, r8)
   cad6c:	eaffc71a 	b	bc9dc <memmove>

000bc9dc <memmove>:
   bc9dc:	e1500001 	cmp	r0, r1
   bc9e0:	e92d4070 	push	{r4, r5, r6, lr}
   ....
   bca48:	e8bd4070 	pop	{r4, r5, r6, lr}
   bca4c:	e12fff1e 	bx	lr


   136ac:	e1a05000 	mov	r5, r0
   136b0:	e1a00004 	mov	r0, r4
   136b4:	eb02ddd3 	bl	cae08 <__rt_ota_get_fw_version_from_arm> // 当前在ARM模式，调用thumb模式的函数 

000cae08 <__rt_ota_get_fw_version_from_arm>:
   cae08:	e59fc000 	ldr	ip, [pc]	; cae10 <__rt_ota_get_fw_version_from_arm+0x8>
   cae0c:	e12fff1c 	bx	ip
   cae10:	000b9261 	// 实际是 000b9260 thumb模式要奇数，用bx实现 跳转+切换

000b9260 <rt_ota_get_fw_version>:
   b9260:	b510      	push	{r4, lr}
   b9276:	bd10      	pop	{r4, pc}

3. ARM模式的汇编函数，需要添加 `.type xxx, %function`,否则由thumb模式下跳转过来时不会生成`__func_asm_arm_from_thumb`

asm.S

	.code 32
    .globl _exit
_exit:
b .

	.type func_asm_arm, %function
    .globl func_asm_arm
func_asm_arm:
	BX LR

	.code 16
	.thumb_func
    .globl func_asm_thumb
func_asm_thumb:
	BX LR

奔跑的孩子 · 2021-05-21 09:26:05

@aozima 感谢大佬，我再学习学习。

奔跑的孩子 · 2021-05-24 09:15:56

.arm
_reset:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x31       //输出1
        str     r1, [r0]
//      ldr r0, =_thumb_mode + 1
        adr r0, _thumb_mode + 1
        bx r0

.thumb
_thumb_mode:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x32       //输出2
        str     r1, [r0]

        ldr r1, =0x33       //输出3
        str     r1, [r0]

这样可以输出 123 了, 前面没有初始化 r0 寄存器.

再加上
ldr r0, =_thumb_mode + 1
替换
adr r0, _thumb_mode + 1

$ qemu-system-arm -M versatilepb -m 128M -nographic -kernel notmain.bin
123

请问@aozima老大，为什么ldr指令不可以呢？

奔跑的孩子 · 2021-05-24 12:15:45

这个代码不行:

.arm
_arm_mode:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x31       //输出1
        str     r1, [r0]
        ldr r6, =_thumb_mode + 1
        add r6, #1
//      adr r6, _thumb_mode + 1
        bx r6

.thumb
_thumb_mode:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x32       //输出2
        str     r1, [r0]


        ldr r1, =0x33       //输出3
        str     r1, [r0]

        ldr r1, =0x34       //输出4
        str     r1, [r0]

_loop:
        b _loop            //死循环


        bx lr           //跳回去

生成的代码:

$ arm-linux-gnueabi-objdump -D strap.o

strap.o:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <_arm_mode>:
   0:   e59f0024        ldr     r0, [pc, #36]   ; 2c <_loop+0x6>
   4:   e3a01031        mov     r1, #49 ; 0x31
   8:   e5801000        str     r1, [r0]
   c:   e59f601c        ldr     r6, [pc, #28]   ; 30 <_loop+0xa>
  10:   e2866001        add     r6, r6, #1
  14:   e12fff16        bx      r6

00000018 <_thumb_mode>:
  18:   4804            ldr     r0, [pc, #16]   ; (2c <_loop+0x6>)
  1a:   4906            ldr     r1, [pc, #24]   ; (34 <_loop+0xe>)
  1c:   6001            str     r1, [r0, #0]
  1e:   4906            ldr     r1, [pc, #24]   ; (38 <_loop+0x12>)
  20:   6001            str     r1, [r0, #0]
  22:   4906            ldr     r1, [pc, #24]   ; (3c <_loop+0x16>)
  24:   6001            str     r1, [r0, #0]

00000026 <_loop>:
  26:   e7fe            b.n     26 <_loop>
  28:   4770            bx      lr
  2a:   10000000        andne   r0, r0, r0
  2e:   0019101f        andseq  r1, r9, pc, lsl r0
  32:   00320000        eorseq  r0, r2, r0
  36:   00330000        eorseq  r0, r3, r0
  3a:   00340000        eorseq  r0, r4, r0
        ...

这个是可以的:

.arm
_arm_mode:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x31       //输出1
        str     r1, [r0]
//      ldr r6, =_thumb_mode + 1
//      add r6, #1
        adr r6, _thumb_mode + 1
        bx r6

.thumb
_thumb_mode:
        ldr r0, =0x101f1000 //UART0发送寄存器地址
        ldr r1, =0x32       //输出2
        str     r1, [r0]


        ldr r1, =0x33       //输出3
        str     r1, [r0]

        ldr r1, =0x34       //输出4
        str     r1, [r0]

_loop:
        b _loop            //死循环


        bx lr           //跳回去

生成的代码:

$ arm-linux-gnueabi-objdump -D strap.o

strap.o:     file format elf32-littlearm


Disassembly of section .text:

00000000 <_arm_mode>:
   0:   e59f0020        ldr     r0, [pc, #32]   ; 28 <_loop+0x6>
   4:   e3a01031        mov     r1, #49 ; 0x31
   8:   e5801000        str     r1, [r0]
   c:   e28f6001        add     r6, pc, #1
  10:   e12fff16        bx      r6

00000014 <_thumb_mode>:
  14:   4804            ldr     r0, [pc, #16]   ; (28 <_loop+0x6>)
  16:   4905            ldr     r1, [pc, #20]   ; (2c <_loop+0xa>)
  18:   6001            str     r1, [r0, #0]
  1a:   4905            ldr     r1, [pc, #20]   ; (30 <_loop+0xe>)
  1c:   6001            str     r1, [r0, #0]
  1e:   4905            ldr     r1, [pc, #20]   ; (34 <_loop+0x12>)
  20:   6001            str     r1, [r0, #0]

00000022 <_loop>:
  22:   e7fe            b.n     22 <_loop>
  24:   4770            bx      lr
  26:   10000000        andne   r0, r0, r0
  2a:   0032101f        eorseq  r1, r2, pc, lsl r0
  2e:   00330000        eorseq  r0, r3, r0
  32:   00340000        eorseq  r0, r4, r0

难道是ldr伪指令不能生成跳转到thumb?

raspberryman · 2021-05-24 21:09:41

@奔跑的孩子
https://stackoverflow.com/questions/9368360/using-bx-in-thumb-code-to-call-a-thumb-function-or-to-jump-to-a-thumb-instructi

参考这个

奔跑的孩子 · 2021-05-24 23:17:51

QQ截图20210524231541.png

QQ截图20210524231645.png

同样都是 0x15 给 R6, 为什么上面的不行呢?

奔跑的孩子 · 2021-05-25 10:19:20

感觉应该是qemu虚拟机的bug, 因为我用 MDK + GCC工具链 + 模拟调试，发现编译出来的代码并无二致。

寄存器值一模一样。

WhyCan Forum(哇酷开发者社区)

楼主 #1 2021-05-19 15:13:06 分享评论

请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #2 2021-05-19 15:16:52 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

#3 2021-05-19 15:21:46 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #4 2021-05-19 15:24:18 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

#5 2021-05-19 15:26:16 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #6 2021-05-19 15:26:30 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

#7 2021-05-19 17:23:12 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #8 2021-05-19 17:30:41 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

#9 2021-05-19 19:02:05 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #10 2021-05-19 20:39:31 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #11 2021-05-20 10:25:03 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

#12 2021-05-20 14:53:38 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #13 2021-05-21 09:26:05 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #14 2021-05-24 09:15:56 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #15 2021-05-24 12:15:45 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

#16 2021-05-24 21:09:41 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #17 2021-05-24 23:17:51 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

楼主 #18 2021-05-25 10:19:20 分享评论

Re: 请教大家一个问题，thumb状态下，每一条指令都是16bit长度吗？

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