ARM 関数呼び出し引数の渡し方

ARMで関数呼び出しの引数の渡し方について調べてみました。

arm-none-eabi-gcc で簡単なC言語のサンプルコードをアセンブラ出力して調査しました。

arm-none-eabi-gcc -S test.c

関数呼び出しの仕様はAAPCSと呼ばれるドキュメントに記載があります。

• Procedure Call Standard for the ARM® Architecture
• http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.ihi0042f/index.html

int 1個の場合

void arg1(unsigned int arg1);

void test(void)
{
    arg1(1);
}

	mov	r0, #1
	bl	arg1

mov で r0 に引数を代入します。
bl で関数にジャンプします。

int 2個の場合

void arg2(unsigned int arg1, unsigned int arg2);

void test(void)
{
    arg2(1,2);
}

	mov	r0, #1
	mov	r1, #2
	bl	arg2

mov で２個目の引数をr1に代入します。

ARMではintの場合は引数４個までレジスタで渡します。

int 5個の場合

void arg5(unsigned int arg1, unsigned int arg2, unsigned int arg3, unsigned int arg4, unsigned int arg5);

void test(void)
{
    arg5(1,2,3,4,5);
}

	sub	sp, sp, #8
	mov	r3, #5
	str	r3, [sp]
	mov	r0, #1
	mov	r1, #2
	mov	r2, #3
	mov	r3, #4
	bl	arg5

sp は　4バイトしか使わないけど８バイト伸ばします。
mov r3, #5 で５個目の引数をr3にレジスタに代入します。
str r3, [sp] で、それをメモリ上のスタックにストアします。

float 1個の場合

void argf(float arg1);

void test(void)
{
    argf(1.0);
}

	mov	r0, #1065353216
	bl	argf

floatは32bitなので、intの場合と同じです。

double 1個の場合

void argd(double arg1);

void test(void)
{
    argd(1.1);
}

	adr	r1, .L2
	ldmia	r1, {r0-r1}
	bl	argd

.L2:
	.word	2576980378
	.word	1072798105

double は 64bitなので r0, r1 に数値を入れます。
adr で、ラベル L2のアドレスをr1に代入し、ldmiaでr0, r1にロードします。

dobule 3個の場合

double 2個まではレジスタ渡しできます。３個目からはスタック渡しです。

void argd3(double arg1, double arg2, double arg3);

void test(void)
{
    argd(1.1, 2.2, 3.3);
}

	sub	sp, sp, #12
	adr	r4, .L2
	ldmia	r4, {r3-r4}
	stmia	sp, {r3-r4}
	adr	r1, .L2+8
	ldmia	r1, {r0-r1}
	adr	r3, .L2+16
	ldmia	r3, {r2-r3}
	bl	argd

.L2:
	.word	1717986918
	.word	1074423398
	.word	2576980378
	.word	1072798105
	.word	2576980378
	.word	1073846681

スタックを12バイト伸ばしている理由が不明。mod 8 == 0でないけど大丈夫なのでしょうか？

4バイトの構造体

struct s4{
  int  i1;
};

void args(struct s4 st);

void test(void)
{
    struct s4 st;
    args(st);
}

	sub	sp, sp, #8
	ldr	r0, [fp, #-8]
	bl	args

スタックに４バイトの構造体を確保する。AAPCSではpublic interfaceの場合spは mod 8 == 0というルールなので、4バイトだけ使うが、スタックを8バイト伸ばす。
ldr で r0 に構造体をロードします。

16バイトの構造体

struct s16{
  int  i1;
  int  i2;
  int  i3;
  int  i4;
};

void args(struct s16 st);

void test(void)
{
    struct s16 st;
    args(st);
}

	sub	sp, sp, #16
	sub	r3, fp, #20
	ldmia	r3, {r0, r1, r2, r3}
	bl	args

スタックに16バイトの構造体を確保する。
ldmia で r0 - r3に構造体をロードします。

20バイトの構造体

16バイト以上の構造体は、16バイトまではレジスタで渡して、１６バイト以降はスタックで渡します。

struct s20{
  int  i1;
  int  i2;
  int  i3;
  int  i4;
  int  i5;
};

void args(struct s20 st);

void test(void)
{
    struct s20 st;
    args(st);
}

	sub	sp, sp, #32
	ldr	r3, [fp, #-8]
	str	r3, [sp]
	sub	r3, fp, #24
	ldmia	r3, {r0, r1, r2, r3}
	bl	args

スタックに20バイトの構造体を確保する。引数渡しで4バイト使うので、mod 8 == 0になるように、 24 + 8 の３２バイト スタックを伸ばす。
スタックに16バイト以降の4バイトをロードする。
ldmiaで r0 - r3に構造体をロードします。

document

AAPCSを読む前に、Microsoftによる「ARM ABI 規則の概要」を読むと良いです。

• ARM ABI 規則の概要
• https://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/dn736986.aspx