AAPCS关于ARM寄存器的定义

AAPCS 对 ARM 结构的一些标准做了定义，在这里我们只重点介绍函数调用部分，如图 8 所示， AAPCS 为 ARM 的 R0~R15 寄存器做了定义，明确了它们在函数中的职责：

图  8   AAPCS关于ARM寄存器的定义

函数调用时的规则如下：
1.  父函数与子函数间的入口参数依次通过R0~R3这4个寄存器传递 。 父函数在调用子函数前先将 参数 存入 到 R0~R3中，若只有一个参数则使用R0传递，2个则使用R0和R1传递，依次类推，当超过4个参数时，其它参数通过栈传递 。 当子函数运行时，根据自身参数个数自动从R0~R3或者栈中读取参数。
2.  子函数通过R0寄存器将返回值传递给父函数 。 子函数返回时，将返回值存入R0，当返回到父函数时，父函数读取R0获得返回值。
3.  发生函数调用时，R0~R3是传递参数的寄存器，即使是父函数没有参数 需要 传递，子函数也可以任意更改R0~R3寄存器，无需考虑会破坏它们在父函数中保存的数值，返回父函数前无需恢复其值。AAPCS规定，发生函数调用 前 ，由父函数将R0~R3中有用的数据压栈，然后才能调用子函数，以防止父函数R0~R3中的 有用 数据被 子函数 破坏。
4.  R4~R11为普通的通用寄存器，若子函数需要使用这些寄存器 ， 则需要将这些寄存器 先 压栈 然后再使用 ，以免破坏了这些寄存器中保存的父函数的数值，子函数返回父函数前需要 先 出栈恢复其数值，然后再返回父函数。AAPCS规定，发生函数调用时，父函数无需对这些寄存器进行压栈处理，若子函数需要使用这些寄存器，则由子函数负责压栈，以防止父函数R4~R11中的数据被破坏。
5.  编译器在编译时就确定了函数间的调用关系，它会使函数间的调用遵守3、4条规定 。 但编译器无法预知中断函数的调用，被中断的函数无法提前对R0~R3进行压栈处理，因此需要在中断函数里对它所使用的R 0 ~R11压栈。对于中断函数，不遵守第3条规定，遵守第5条规定。
6.  R12寄存器在某些版本的编译器下另有它用，用户程序不能使用，因此我们在编写汇编函数时也必须 对它进行压栈处理，确保 它的数值不能被破坏。
7.  R13寄存器是 堆栈 寄存器（SP）， 用来保存堆栈的当前指针 。
8.  R14寄存器是链接寄存器（LR），用来保存函数的返回地址。
9.  R15寄存器是程序寄存器（PC）， 指向程序当前的地址 。
上述只介绍了本手册中使用到的情形，具体的情况在编写操作系统代码时会涉及到，其它规则请请读者自行查找资料。

接下来我们再通过几个小例子熟悉一下C函数与汇编函数的调用过程。下面的C函数TestFunc1与汇编函数TestFunc2的功能是一样的。
U8 TestFunc1(void)
{
    U8 ucPara1;
    U8 ucPara2;
    U8 ucPara3;
    U8 ucPara4;
    U8 ucPara5;
    U8 ucPara6;

    ucPara1 = 1;
    ucPara2 = 2;
    ucPara3 = 3;
    ucPara4 = 4;
    ucPara5 = 5;
    ucPara6 = 6;

    return ucPara1 + ucPara2 + ucPara3 + ucPara4 + ucPara5 + ucPara6;
}


.func TestFunc2
TestFunc2:

    STMDB R13!, {R5 - R6, R10}     @R5，R6，R10寄存器压栈
    LDR R1, =1
    LDR R3, =2
    LDR R4, =3
    LDR R5, =4
    LDR R6, =5
    LDR R10, =6

    ADD R0, R1, R3
    ADD R0, R0, R4
    ADD R0, R0, R5
    ADD R0, R0, R6
    ADD R0, R0, R10

    LDMIA R13!, {R5 - R6, R10}     @R5，R6，R10寄存器出栈

    .endfunc
TestFunc2函数使用了R0、R1、R3、R4、R5、R6、R10共7个寄存器，遵循AAPCS规则， 在使用 R0、R1和R3 之前 并没有对 它们 压栈， 但 对R5、R6和R10寄存器进行了压栈保存，在函数返回前又出栈还原了这3个寄存器，这样TestFunc2函数 返回到它的父函数之后， R5、R6和R10寄存器的数值是没有改变的，而R0、R1和R3则分别被改写为了1、2和3。

下面我们再来看看C函数TestFunc3调用汇编函数TestFunc4完成1+2的运算。
U8 TestFunc3(void)
{
    return TestFunc4
(1, 2);
}

    .func TestFunc4
TestFunc4:

    ADD R0, R0, R1
    BX R14;

    .endfunc
TestFunc3函数在调用TestFunc4函数前已经将参数1和2分别 存入 R0和R1，并将返回地址存入 到 R14 中 ，然后才跳转到TestFunc4函数，发生函数调用。这时程序将运行TestFunc4函数，它将R0和R1相加，将结果放入R0，需要通过R0 将返回值 返回给TestFunc3函数 。 此时R14中保存的就是返回TestFunc3函数的返回地址，最后TestFunc4函数跳转到R14就返回到了TestFunc3函数，TestFunc3函数从R0就可以取出TestFunc4函数计算的结果了。

下面我们再来看看汇编函数TestFunc5调用C函数TestFunc6完成1+2的运算。

.func TestFunc5
TestFunc5:

    MOV R0, #1
    MOV R1, #2
    SUB R13, R13, #4
    STR R14, [R13]
    BL TestFunc6
    LDR R14, [R13]
    ADD R13, R13, #4
    BX R14

    .endfunc

U8 TestFunc6(U8 ucPara1, U8 ucpara2)
{
    return ucPara1 + ucPara2;
}
TestFunc5函数先将参数1和2存入R0和R1寄存器 ，准备调用 TestFunc 6函数并传递入口参数 ，然后将R14寄存器压栈，以防止使用BL指令时存入的R14返回地址破坏R14原有的数据，然后调用TestFunc6函数 。 在调用TestFunc6函数时BL指令会自动将“LDR R14, [R13]”这条指令的地址存入R14，这样就开始运行TestFunc6函数了。TestFunc6函数会自动从R0和R1寄存器中取出参数，将计算结果存入R0，通过R0将返回值返回给TestFunc5函数。TestFunc6函数跳转回TestFunc5函数后 ， TestFunc5函数从栈中恢复原有的R14寄存器，完成函数调用，此时R0中的数值就是TestFunc6函数的计算结果。

当函数比较简单，不需要压栈仅使用寄存器便可以完成运算的时候，那么下面的TestFunc7函数，它的返回值是多少？
U8 *  TestFunc 7 ( void )
{

U8  ucPara1;

    ucPara1  = 1；

    return & ucPara1 ;
}
按照上面的分析， 对于这个简单的函数，编译器是不会为局部变量ucPara1分配内存空间的，ucPara1只会保存在寄存器中，因此无从谈起它的地址。但这个这么简单的函数却偏偏要获取这个仅在寄存器中的局部变量 的 地址，遇到这种情况，编译器在编译时会特别为ucPara1专门在栈中分配内存，因此也就可以获取到它的地址了。
当然，这个函数没有任何意义，仅是举一个例子，而且写C语言时要避免发生这种情况，因为TestFunc7函数返回的是栈内局部变量的地址，当TestFunc7函数运行完后，ucPara1这个局部变量所在的栈空间已经被释放，这个栈空间很可能已经被其它变量占用，如果这时候还使用这个地址的话就可能会导致系统崩溃，新手要避免产生这个错误。