ARM汇编 0.基础知识与工具
本帖最后由 t7sqynt3 于 2020-7-22 09:39 编辑前言：逆向工程需要汇编基础，先尝试整理目前所学的ARM汇编知识。由于水平有限，可能会有所疏漏，欢迎进行指正和讨论。此系列为原创，如引用需标明出处。然而，不建议作为学术研究的引用，因为内容未经过peer review。
# 0.基础知识与工具
## ARM的特点
ARM，原指Acorn RISC Machine，而RISC=reduced instruction set computer，相对于CISC(complex instruction set computer)。RISC的特点是很多指令仅需1 CPU cycle即可执行，但是同样的程序所需指令的数量通常比CISC多。而CISC则相反，减少了程序所需指令数量，但是存在复杂的指令，需要数个CPU cycles执行。
## ARM与Intel汇编的对比
- 指令集和syntax有所不同
- ARM的指令是定长的，Intel不是
- Intel是little endian，ARM支持little/big endian
- ARM没有为复杂指令保留的registers，因此有更多general purpose registers
- ARM指令执行效率优化方法与Intel有所不同
- stack frames细节有不同
## 前提
以下是此系列中用于学习的前提，不代表学习ARM汇编必须使用以下配置。
1. 已有知识：C语言基础，最好有一些汇编基础(可以是非ARM汇编)和VIM编辑器基础。
2. 环境：Cortex-A series CPU (armv7+) + Raspbian (RPI的OS) 或 Debian 或其他常用Linux分支 + GCC (target: arm-linux-gnueabi / arm-linux-gnueabihf)
3. Endianness: Little Endian
4. Word size: 4 bytes (32 bits)
5. Assembly Syntax: GNU
## 工具
1. (可选) QEMU，如果没有ARM CPU，则推荐使用(或同类模拟工具)。否则，需要GCC Arm toolchain，配置较为麻烦，而且调试仍然需要ARM CPU / simulation。如果使用Debian，可以直接用通用UEFI启动；如果使用Raspbian，注意需要使用修改过的内核启动。修改的Linux内核可以在网上搜索获取或自行patch+编译，注意versatilepb和vexpress所需内核不同，并且不同版本的Raspbian可能需要不同版本的修改内核启动。
2. (建议) ARM Keil MDK / DS-5 / Development Studio，可以用于学习指令效率。其中DS-5 / Development Studio功能比较齐全(DS-5已停止维护)，可以模拟Cortex-A series CPU，但是获取途径和授权比较复杂，对于自学来说不推荐。MDK只支持模拟Microcontroller，typically Cortex-M series CPU，模拟设备的内存和ROM都比较小，并且MDK免费版(MDK-Lite)最大只支持32KB code and data，但是学习用途足够。本人选用的是MDK。
3. (建议) VIM，在Raspbian或其他Linux OS中。可以使用Emacs等其他编辑器。
## 工具配置
1. QEMU for windows
在cmd中运行的命令(可存为script)：
```
".\qemu-system-arm.exe" ^
-kernel zImage ^
-m 512 ^
-M vexpress-a9 ^
-serial stdio ^
-append "root=/dev/mmcblk0p2" ^
-sd 2017-07-05-raspbian-jessie-lite.img ^
-dtb vexpress-v2p-ca9.dtb ^
-net nic ^
-net user,hostfwd=tcp::2222-:22 ^
-no-reboot
```
其中，`zImage`为修改的linux内核启动，`2017-07-05-raspbian-jessie-lite.img`为系统镜像，`vexpress-v2p-ca9.dtb`是Device Tree Blob(包含模拟硬件信息，需要与修改的内核匹配)。如果有不能启动的情况，注意错误信息。有些时候会有blocks检测有问题的时候，注意img的大小是否与内核expected block size对齐，img分区有问题(包括移除不必要的gap)可以使用任意分区修改工具。
其他操作系统的QEMU配置类似，注意命令语法不同。
2. Keil MDK
可以选用DFP来更全面地模拟设备(需要注意授权，有些并非免费/自由使用)，但是仅学习ARM汇编可以直接使用内置software pack。
一般学习调试时使用设备ARMCM3(Cortex-M3)，software pack使用ARM CMSIS，包含完整的模拟(No FVP for MDK-Lite)。创建Project后，先打开Options for target，在Debug tab中，选择Use simulator(如果你有MDK-Pro license，也可以在右边选用Models Cortex-M Debugger，可以使用FVP以进行更好的模拟；与simulator的区别可见ARM Keil网站)。CPU DLL和Dialog DLL应该都会在创建Project选择设备后自动填充，如果没有的话，很有可能是该设备/DFP不支持simulator。ARMCM3默认值应该是CPU DLL: SARMCM3.DLL (-MPU), Dialog DLL: DCM.DLL (-pCM3)。在Manage Run-Time Environment中，CMSIS-Core勾选，Device-Startup勾选，即可正常编译和调试程序。如果需要程序redirect stdin/stdout/stderr to serial-debug (printf) window，则需要在Options for target的Target tab中选择Use MicroLIB，在Manage Run-Time Environment中勾选Compiler-I/O-STDERR/STDIN/STDOUT，并在variant选择ITM。
默认配置下，assembler是armclang/armasm而不是GCC，由于是assembler，对于研究指令效率没有什么差别。一定要使用GCC的话，配置会更复杂一些，需要使用GCC Arm toolchain(arm官方有提供)，而且不直接支持redirect stdin/stdout/stderr，需要自己写代码进行redirect。并且默认的startup code可能也需要更改，虽然会提供ld script在Run-Time Environment的Device里。
3. VIM
可以使用自己习惯的.vimrc，一般来说，包括基本的syntax on，set autoindent，set smartindent即可。
## 汇编代码规范
- tabstop=8，VIM默认设置，Keil MDK中可以在Edit-Configuration-Editor中设置。
- Tab indent, no spaces (VIM关闭expandtab，set noexpandtab；Keil MDK在Edit-Configuration-Editor中不勾选Insert spaces for tabs)
- Indent code into 4 columns:
label: operation operand(s) @comment
- A whole line of comment:
@ a line of comment (without indentation)
- 没有一行过长的代码(typically <= 80 chars / line)
- Appropriate file and function headers, and other comments 谢谢分享 想学习下ARM汇编，谢谢楼主 谢谢分享{:1_921:}
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