linux AT&T格式汇编简单框架

  由于从事Linux工作中需要，补充了一下GUN语法的汇编，虽然以前接触8051汇编，但是经过实践后，重新学习，确实效果完全不一样，在学习的过程中，脑海中能与实践中的一一对应起来，会让人有种“顿悟”的感觉，果然，学习工科的黄金法则：理论->实践->再理论->再实践的过程才能快速进步，写下这篇笔记总结一下。

参考书籍主要有以下：
  1、杜春雷 ARM体系架构与编程 – 个人认为学习ARM与汇编编程比较全的书籍，很多书籍都对汇编与ARM架构泛泛而谈，一带而过。遗憾的是书本上的例程都是需要在windows ADS / CodeWarrior环境上跑，并且是intel格式的，跟在Linux gcc / arm-linux-gcc支持的AT&T格式有区别。
  2、韦东山 嵌入式Linux应用开发完全手册-- 这本偏应用书，背景是韦老大实践后写的手册，开发涉及到的知识基本都有 境界高。。
  3、还有开发者少不了的网络论坛 – 个人觉得学习新知识不能只依靠论坛博客(零散、质量也参差不齐，很容易把人绕晕)，只能作为知识遗忘参考，还是手握一本书籍好，权威而系统；
  注：实践的环境是ubuntu+gcc+x86，没有选择linux+arm+arm-linux-gcc是因为入门的资料太少(可能我没有找到，有资料的同学也可以安利一下我。)，实践起来也麻烦一些。想着先熟悉以下x86的，再来深入arm的，对比着学习，可以给你更多的体会。
末尾还会附上学习过程中收集的资料以及可以直接运行的3个简单例子。

纲要

1、汇编的作用地位
2、汇编的分类
3、认识寄存器
4、基本汇编
5、其他

一、汇编的作用地位

  在出现C语言等高级语言后，完全使用汇编写程序几乎不存在了，因为移植性太差并且编写枯燥，见过一个老前辈完全用汇编写一个单片机工程，C语言大概是一万行的规模，对比C语言，汇编占用空间很小，运行速度也较快；对于Linux内核底层开发来说，主要以C语言为主，上层业务会使用C++/Java，一些插件模块偶尔会使用Python，需要汇编的地方很少但对于系统运行来说都是重要的，无论是Linux系统还是其他操作系统，有些开源代码亦是如此，常见的有如下几个：
  a、启动代码：初始化硬件资源，建立C语言运行环境，任何一个系统都有汇编启动代码(单片机/ARM/x86)，ps：C语言做不到；
  b、执行特定机器指令：如ARM在切换CPU模式/线程切换，将会执行设置寄存器，保存上下文(寄存器环境)等操作，ps：C语言做不到；
  c、效率要求很高的场合，比如一条汇编指令能处理的事情，C语言需要多条指令才能完成，可能对于程序员来说差别是极小的时间数量级，但是对于系统来说极其重要；
  d、对于底层内核开发者来说，定位问题有时需要汇编阅读能力(分析反汇编文件追踪出问题的代码段位置)；

二、汇编的分类

  从CPU体系来划分，常见的汇编有两种：IBM PC汇编和ARM汇编。汇编语言和CPU息息相关，但是不能把汇编语言完全等同于CPU的机器指令。不同架构的CPU指令并不相同，如x86，powerpc，arm各有各的指令系统；甚至同一种架构的CPU有几套指令集，典型的如arm除了有32位的指令集外，还有一套16位的thumb指令集。但是作为开发语言的汇编，本质上是一套语法规则和助记符的集合，它可以包容不同的指令集。

  存在两种体系汇编的差异是因为IBM 最早推出PC机，后来的体系很多都要和它兼容，所以也使用了相同的汇编语言。ARM压根没考虑过兼容，它的指令集和x86完全是两个体系，所以汇编语言也独立发展出一套。

  从汇编格式分，还有Intel格式和AT&T格式的区别，前者是Intel的，windows平台常见，后者最早由贝尔实验室推出，用于Unix中，GUN汇编器的缺省格式就是AT&T。不过GNU的汇编器和调试器gdb对这两种格式都支持，可以随便切换。MASM只支持Intel格式。Intel格式和AT&T格式的区别只是符号系统的区别，这与x86和arm的区别可不一样，后者是CPU体系的区别。

  为什么汇编要区分格式？ CPU只是限定了机器码，作为开发语言的汇编，其实还和编译器息息相关。汇编语言出现的早，没有像C语言一样定义出标准，所以编译器的厂商各搞一套。到现在，最有名的也是两家：MASM和GNU ASM。前者是微软的，只支持x86，用在DOS/Windows平台中；后者是开源产品，主要用在Linux中，基本上支持大部分的CPU架构。这两者的区别在于伪指令的不同，伪指令是用来告诉编译器如何工作的，和编译器相关，和CPU无关。其实汇编的编译相当简单，这两套伪指令只是符号不相同，含义是大同小异，明白了一种，看另一种就很容易了。

  总的一句，在不同硬件平台，不同的开发环境编写汇编是有差异的，先抛开其他的8051/AVR等等，光是X86 / ARM + windows/linux你就需要掌握2种体系的汇编指令(PC汇编、ARM汇编)，以及2种汇编格式(intel格式、AT&T格式)，虽说可能在某种程度上是互通的，但也太难为程序员了。

  工具支持的汇编格式：1、AT&T ( GAS : Gnu ASembler GNU汇编器 )支持 ：gcc、arm-linux-gcc等linux工具； 2、intel格式支持：VS、ADS、RealView等windows工具；

三、认识寄存器

  汇编编程中基本都在操作寄存器，寄存器就是一个特殊的内存，机器所有的运算都产生在CPU(执行单元)与寄存器(暂存单元)之间，因此必须熟悉掌握，以下不详述 贴图简介：
借用几个ARM寄存器名词(其他类似)：
a、通用寄存器：可以当作普通的4字节内存操作；
b、栈指针寄存器(sp)：指向程序栈空间；
c、连接寄存器(lr)：存放子程序返回地址；
d、程序计数器寄存器(pc)：指向当前运行的程序指令；
e、程序状态寄存器(cpsr)：指示当前处理器的状态：条件标志位、中断禁止位等等；
本质都是一块4字节内存，不同的就是某种状态下，cpu会自动把某些数据存取在某个寄存器上。

x86寄存器分类：
x86详解参考：

ARM寄存器分类:

四、基本汇编

1、汇编与CPU架构、硬件资源息息相关(工作模式、指令集、寄存器)；ARM、X86、MCS-51、AVR…

2、汇编语言的程序入口默认为 _start(也可以通过链接脚本重新指定)，C语言的程序入口默认为main( 当然main函数是启动汇编代码指定跳转的，可以修改 )；

3、汇编语言是以段(Section)为单位组织源文件，段是相对独立的、具有特定名称、不可分割的指令或者数据序列，简单理解：一个生成好的bin文件，由许多段组成，每一个段相当于一个功能函数，这个是由编译器负责帮我们去排放的，处理就是按照这个顺序去执行指令的，所以说汇编更接近机器~；

4、段属性的基本分类：.text .data、.bss、以及程序员自定义段属性；(段属性十分重要，大多数段的排序由编译器自动排放，一些操作系统的启动部分经常需要程序员自己去组织段的顺序，以达到人为控制初始化的目的，这个需要了解连接脚本lds)；

5、汇编语句基本由CPU指令、伪操作和宏指令；
  伪操作，就是为了简化程序员对指令的处理而引入，在编译阶段会最终被编译器解析分解为指令；
比如mov(指令)、ldr(伪操作)：
  a、mov r0, #1 #1位置的数必须是立即数，并不是所有32位数都是立即数(符合一定规则)：由一个8位的常数循环右移偶数位得到，右循环是一个4位二进制的两倍表示，这是因为任何一句cpu指令(指令+操作数)都是占4字节空间，那么一个操作数值只能占据其中某些位来储存，不能用完32个Bit；
  b、ldr r0, =任意值 伪操作ldr则可为任意值，就不需要去算立即数，编译器会按照规则自动处理；

6、ARM寻址方式：
  a、寻址方式是指处理器根据指令中给出的地址信息(常量、寄存器、变量、偏移等方式)，找到真实操作数地址内容的方式；
  b、CPU读取值两种方式：
    1、寄存器：CPU<->寄存器；
    2、内存(复杂耗时)：CPU<->MMU<->内存控制器<->内存

7、寻址表达式(目的就是为了方便程序的编写) – 相当于C语言的各种指针表达式：
  访问内存时在指令中可以用多种方式表示内存地址。内存寻址在指令中可以表示成如下的通用格式：
ADDRESS_OR_OFFSET(%BASE_OR_OFFSET,%INDEX,MULTIPLIER)
它所表示的地址可以这样计算出来:
FINAL ADDRESS = ADDRESS_OR_OFFSET + BASE_OR_OFFSET + MULTIPLIER * INDEX

其中ADDRESS_OR_OFFSET和MULTIPLIER必须是常数,BASE_OR_OFFSET和INDEX必须是寄存器。在有些寻址方式中会省略这4项中的某些项，相当于这些项是0。

直接寻址：只使用ADDRESS_OR_OFFSET寻址，例如movl ADDRESS， %eax把ADDRESS地址处的32位数传送到eax寄存器。
变址寻址：movl data_items(,%edi,4), %eax就属于这种方式，用于访问数组很方便
间接寻址：只使用BASE_OR_OFFSET寻址，例如movl (%eax), %ebx，把eax寄存器的值看作地址，把这个地址处的32位数传送到ebx寄存器。
基址寻址：只使用ADDRESS_OR_OFFSET和BASE_OR_OFFSET寻址，例如movl 4(%eax), %ebx，用于访问结构体成员比较方便，例如一个结构体的基地址保存在eax寄存器中，其中一个成员在结构体内偏移量是4字节，要把这个成员读上来就可以用这条指令。
立即数寻址：就是指令中有一个操作数是立即数，例：movl $3, %eax。
寄存器寻址：就是指令中有一个操作数是寄存器。在汇编程序中寄存器用助记符来表示，在机器指令中则要用几个Bit表示寄存器的编号，这几个Bit与可以看做寄存器的地址，但是和内存地址不在一个地址空间。

8、一个最基本的汇编程序例子(包含.text .data段)：

```c
#数据段，定义数据
.section .data
.align 4                    			   		   # 4字节对齐
        msg  :  .string  "Huawei co,Ltd!\n" 	   # 要输出的字符串，msg为该字符串的地址

#程序入口，编译器默认指定_start
.section .text           # 代码段声明
.global _start           # 指定入口函数，汇编程序的默认入口()     
_start:                  
        movl $0, %ebx    # 参数一：退出代码
        movl $1, %eax    # 系统调用号(sys_exit)
		#触发异常
        int  $0x80       # 调用内核功能
.end #源文件结束

相当于C语言程序：

```c
char msg[] = "Huawei co,Ltd!\n"

int main(void)
{
        exit(0);
}

9、子程序调用的三种参数传递方式：
  a、寄存器方式：就是把寄存器当作全局变量来使用；
  b、栈传递：按照一定顺序去存放，然后子程序按照相反方向取出来即可；
  c、全局变量；

10、调用其他源文件的函数：
  由于汇编没有头文件，整个工程只有源文件，可以通过声明函数符号为全局(用关键字.global进行声明)：

.global function #声明为全局符号
function:
	#函数实现

  过多的语法知识就不详述了，这里只是引导 了解基本概念以及大体的程序框架，这样可以编写一个简单的汇编程序(文章末尾提供三个简单例程)，再深入的话必须动手实践，往框架里填充，千万要动手练习，即使很看懂明白了，但实质上只停留在印象阶段(过会就忘)，无法成为你脑海里的知识，但是经过手敲代码，可以加深印象，增强编写/读懂汇编代码的自信心；嵌入式这东西，要学的知识内容实在太多，单靠脑子印象记忆根本无法驾驭，请放下你的自信，踏实地重复练习，很多编程知识，是无法用文字一一表述的(描述的只是理论)，更多的内在知识需要你在动手编程后才会被发现挖掘；在实践过程中，主要还是参照C语言的编程思维走的，所有编程的本质都是一样，只是在于技巧方式的不同。

五、其他

这里介绍一些杂类的汇编编程知识；

一、ATPCS：
  a、ATPCS：一种协议，为了让各种不同的程序可以互相交织，因为不同程序对于使用硬件资源的规则是不完全一致的，不遵循统一的规则，混用程序会导致硬件资源被不适当使用；
  b、基本规则包括：寄存器的使用、数据栈的使用、参数的传递；

二、C/C++以及汇编语言的混合编程：
  1、C/C++调用汇编三种方式：
    a、__asm{ } b、asm(" "); c、asm(“instructment” : output : input : modify)
  第三种GNU内联汇编比较复杂，详细看附件资料教程：AT&T_GCC_ASM.pdf
  2、汇编调用C/C++：
    a、直接调用C程序；
  b、调用C++
    1、C++源文件需要声明：extern “C” void func(void)
    2、汇编源文件需要：伪操作：IMPORT func
  3、C++调用C程序：
    a、调用部分需要 extern “C” { } 进行声明

三、汇编文件可以使用C/C++预处理，比如#define #include #if 等等，gcc识别 ".S"文件结尾(大写字母S)，决定是否采用预处理机制，小写则不会预处理。

四、汇编( .asm/.S )与反汇编( .dis )的关系：
  1、汇编工程文件是程序员，根据语法规则自由组织的文件集合；
  2、反汇编由可执行文件(经过连接器连接的)，解析而来；是按照实际内存分布来排布的；
  3、汇编与反汇编文件的差异：
    a、反汇编使用十六进制；
    b、汇编与反汇编操作寄存器或存储器的地址有所不同；
  4、反汇编片段：
  第一列是汇编指令在内存的地址，第二列为汇编指令对应的CPU机器码，后面为汇编指令。

08048074 <_start>:
 8048074:       ba 10 00 00 00          mov    $0x10,%edx
 8048079:       b9 98 90 04 08          mov    $0x8049098,%ecx
 804807e:       bb 01 00 00 00          mov    $0x1,%ebx
 8048083:       b8 04 00 00 00          mov    $0x4,%eax
 8048088:       cd 80                   int    $0x80
 804808a:       bb 00 00 00 00          mov    $0x0,%ebx
 804808f:       b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
 8048094:       cd 80                   int    $0x80

五、x86与ARM跳转与返回的差别对比：
1、 x86：jmp：直接跳转，不保存现场 ； call：保留现场，返回地址入栈，ret伪指令返回；
2、 ARM：b：直接跳转，不保存现场 ； bl：保留现场，返回地址入栈，mov pc. lr；

参考资料大全：https://download.csdn.net/download/STCNXPARM/12112051
三个汇编例子：https://download.csdn.net/download/STCNXPARM/12112044
makefile&lds链接文件：https://download.csdn.net/download/STCNXPARM/12112353