Cortex-M反编译入门
我们在写单片机裸机程序时，在主函数之前，会有一段启动代码，而启动代码是用汇编写的，有些朋友可能看到汇编头都大了，当时要想深入研究底层架构，这快硬骨头就必须去啃。
汇编 ：汇编文件转换为目标文件(里面是机器码)。
反汇编 ：可执行文件(目标文件，里面是机器码)，转换为汇编文件。
关于汇编的基础知识，请看笔者以前的文章。
今天笔者以stm32f1的点灯程序为例，带领大家进行反汇编，并阅读反汇编后的代码。
1 新建led裸机程序关于stm32裸机程序的创建，请看笔者博文：
https://bruceou.blog.csdn.net/article/details/78244735
但是今天这个程序非常简单，不应那么复杂。
1.新建文件夹
新建文件夹“stm32f1”，当然名字也可以另取，在 stm32f1文件夹下，我们新建五个文件夹，分别为cmsis、listing、output、project、user。
其中cmsis文件夹放启动文件：
笔者的开发板芯片是stm32f103ze，这个文件是根据stm32的固件库startup_stm32f10x_md.s文件修改而来。
2.新建工程
打开keil，在工具栏 project->new μvision project…新建我们的工程文件。
输入工程名，保存即可。
窗口是让我们选择公司跟芯片的型号，我们用的芯片是 st 公司的stm32f103ze，有64k sram,512k flash，属于高集成度的芯片。按如下选择即可。
然后点击项目管理。
最后修改后的内容如下：
并添加相应的文件。
其中main.c的内容如下所示：
/** * @brief 延时函数 * @param d * @retval none */void delay(int d){ while(d--);}/** * @brief main * @param none * @retval int */int main(void){ unsigned int *preg; /* 使能gpiob */ preg = (unsigned int *)(0x40021000 + 0x18); *preg |= (1<<3); /* 设置gpiob0为输出引脚 */ preg = (unsigned int *)(0x40010c00 + 0x00); *preg |= (1<<0); preg = (unsigned int *)(0x40010c00 + 0x0c); while (1) { /* 设置gpiob0输出1 */ *preg |= (1<<0); delay(1000000); /* 设置gpiob0输出0 */ *preg &= ~(1<<0); delay(1000000); }}startup.s文件的内容如下：
;************************************ stm32f1 ************************************;* file name : startup.s;* author : bruceou;* version : v1.0;* date : 2021-06-27;* description : stm32f10x medium density devices vector table for mdk-arm ;* toolchain. ;* this module performs:;* - set the initial sp;* - set the initial pc == reset_handler;* - set the vector table entries with the exceptions isr address;* - configure the clock system;* - branches to __main in the c library (which eventually;* calls main()).;* after reset the cortexm3 processor is in thread mode,;* priority is privileged, and the stack is set to main.;******************************************************************************* preserve8 thumb; vector table mapped to address 0 at reset area reset, data, readonly export __vectors __vectors dcd 0 dcd reset_handler ; reset handler area |.text|, code, readonly; reset handlerreset_handler proc export reset_handler [weak] import main ldr sp, =(0x20000000+0x10000) bl main endp end接下来还有配置工程。
选择output文件夹。
选择listing文件夹。
基本配置就这些，接下来编译工程。
只要没有错误就可以了，最后就是下载程序，笔者使用的是j-link，最后的现象如下：
led会不停闪烁。
2 keil反汇编接下来才是今天正题，反汇编。
在keil的user选项中，如下图添加这两项：
fromelf --bin --output=stm32f1.bin ../output/stm32f1.axf
fromelf --text -a -c --output=stm32f1.dis ../output/stm32f1.axf
然后重新编译，即可得到二进制文件stm32f1.bin(以后会分析)、反汇编文件stm32f1.dis。
如下图所示：
正常编译过程是分为四个阶段进行的，即预处理(也称预编译，preprocessing)、编译(compilation)、汇编 (assembly)和链接(linking)。
但是反编译是讲为二进制文件反编译成汇编文件，因此反汇编的流程如下：
3 反汇编代码解析接下来就是查看反编译代码，打开反编译文件project/stm32f1.dis。这里只截取一段查看，因为格式都是一样的，知识每条内容不同罢了。
第一列是链接地址，第二列是机器码，第三列是汇编指令。
根本汇编指令，我们找到arm®v7-m architecture reference manual_ddi 0403e.d (id070218)中的ldr指令。
我们将f8dfd004变成二进制。
这个使用的32位的thumb2指令集。
其中b0~b11是立即数，这里是4，对应的汇编代码的也是4，这里要注意的是，arm指令采用流水线机制，当前执行地址a的指令，同时已经在对下一条指令进行译码同时已经在读取下下一条指令：pc = a +4 (thumb/thumb2指令集)。
b12~b15是寄存器，这段大小是0xc，对应的寄存器就是sp；
后面16bit除了23位意外，全是固定的，其中‘u’表示无条件执行，这里置为1。
其他的汇编指令对应的机器码也是类似的，值得注意的是，不同的架构对应的机器码也是不同的，这也就回答了为了不同的处理器架构会对应不同的指令集。
有兴趣的可以对比cortex-m系列和cortex-a系列的的指令集。请参考以下手册：
arm architecture reference manual armv7-a and armv7-r edition.pdf
arm®v7-m architecture reference manual.pdf
4 反汇编代码全解析进入debug模式，在view下选择disassembly window。
这样就可将机器码和对应的代码对应起来。当程序运行起来了，也就从异常向量表中跳转到reset_handler中，然后跳转到main函数中，而main函数是在栈中，因此需要设置占空间的起始位置。根据stm32的参考手册，sram的其起始地址和大小如下：
因此栈顶为起始位置加上栈的大小即可，只要不超过sram即可。
值得注意的是，栈是__向低地址扩展的数据结构__，是一块连续的内存区域，栈顶的地址和栈的最大容量是在通过ldr设置，因此需要根据应用需求合理分配栈空间。
接下来往下走，如果在汇编中不打断点，会默认进入main函数的一条指令，就从这里分析。为了分析方便，这里还有使用上一节方便出来的文件。
【c代码33行】
从内存地址0x0800 017c拷贝数据0x40021018到r3中，也就是
r3 = * 0x0800 017c
也就是将preg指针保存到r3中。
【c代码34行】
这里对应3条指令
首先将r3拷贝到r0中，然后将r0或上1左移3位，也就是
orr r0,r0,#8
最后将r0的值写入r3所指地址中。
【c代码37行】
同33行，从内存地址0x0800 0180拷贝数据40010c00到r3中
【c代码38行】
同34行，这里也对应3条指令：
【c代码40行】
和33行不同的是，这里分了两条指令：
笔者认为前面是编译器优化了。根据arm指令采用流水线机制，当前执行地址a的指令，同时已经在对下一条指令进行译码同时已经在读取下下一条指令：pc = a +4 (thumb/thumb2指令集)。因此前面类似的代码被优化了。
接下来就进入循环中。
后面就移植在死循环中，不断操作gpio的亮灭。
【c代码45行】
这里是将b0设置为1，和34行类似。
【c代码47行】
这里将进入延时函数。
进入延时函数：
nop是字节对齐，减少指令的内存访问次数。首先将变量d保存到r0，然后将r0赋给r1，接着是r0自减1，紧接着是r1与0比较，如果r1等于0，则会返回，否则，又从头开始，值得注意的是，这里先比较，然后r0才自减的。
为了进一步说明，可以看--d的汇编代码。
这里就是相当于r1先减1，然后再比较的。
【c代码50行】
这行代码对应一下指令，很简单。
5 总结在前面使用keil进行了反汇编，也对相应的c代码进行了分析。我们看到的反汇编代码如下：
根据反汇编的代码，可将其对应到flash，在flash上的内容如下表所示：
地址flash****内容
0x08000000 00000000
0x08000004 08000009
0x08000008 f8dfd004
0x0800000c f000f80c
… …
最后总结下点灯的流程：
第一步：设置栈 ：cpu会从0x08000000读取值，用来设置sp。
第二步：跳转 ：cpu从0x08000004得到地址值，根据它的bit0切换为arm状态或thumb状态，然后跳转。
__第三步：__对于cortex m3/m4，它只支持thumb状态，所以0x08000004上的值bit0必定是1，0x08000004上的值 = reset_handler + 1。从reset_handler继续执行。
第四步 ：然后进入到主函数中执行相应c代码。
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1 新建led裸机程序关于stm32裸机程序的创建，请看笔者博文：
https://bruceou.blog.csdn.net/article/details/78244735
但是今天这个程序非常简单，不应那么复杂。
1.新建文件夹
新建文件夹“stm32f1”，当然名字也可以另取，在 stm32f1文件夹下，我们新建五个文件夹，分别为cmsis、listing、output、project、user。
其中cmsis文件夹放启动文件：
笔者的开发板芯片是stm32f103ze，这个文件是根据stm32的固件库startup_stm32f10x_md.s文件修改而来。
2.新建工程
打开keil，在工具栏 project->new μvision project…新建我们的工程文件。
输入工程名，保存即可。
窗口是让我们选择公司跟芯片的型号，我们用的芯片是 st 公司的stm32f103ze，有64k sram,512k flash，属于高集成度的芯片。按如下选择即可。
然后点击项目管理。
最后修改后的内容如下：
并添加相应的文件。
其中main.c的内容如下所示：
/** * @brief 延时函数 * @param d * @retval none */void delay(int d){ while(d--);}/** * @brief main * @param none * @retval int */int main(void){ unsigned int *preg; /* 使能gpiob */ preg = (unsigned int *)(0x40021000 + 0x18); *preg |= (1<<3); /* 设置gpiob0为输出引脚 */ preg = (unsigned int *)(0x40010c00 + 0x00); *preg |= (1<<0); preg = (unsigned int *)(0x40010c00 + 0x0c); while (1) { /* 设置gpiob0输出1 */ *preg |= (1<<0); delay(1000000); /* 设置gpiob0输出0 */ *preg &= ~(1<<0); delay(1000000); }}startup.s文件的内容如下：
;************************************ stm32f1 ************************************;* file name : startup.s;* author : bruceou;* version : v1.0;* date : 2021-06-27;* description : stm32f10x medium density devices vector table for mdk-arm ;* toolchain. ;* this module performs:;* - set the initial sp;* - set the initial pc == reset_handler;* - set the vector table entries with the exceptions isr address;* - configure the clock system;* - branches to __main in the c library (which eventually;* calls main()).;* after reset the cortexm3 processor is in thread mode,;* priority is privileged, and the stack is set to main.;******************************************************************************* preserve8 thumb; vector table mapped to address 0 at reset area reset, data, readonly export __vectors __vectors dcd 0 dcd reset_handler ; reset handler area |.text|, code, readonly; reset handlerreset_handler proc export reset_handler [weak] import main ldr sp, =(0x20000000+0x10000) bl main endp end接下来还有配置工程。
选择output文件夹。
选择listing文件夹。
基本配置就这些，接下来编译工程。
只要没有错误就可以了，最后就是下载程序，笔者使用的是j-link，最后的现象如下：
led会不停闪烁。
2 keil反汇编接下来才是今天正题，反汇编。
在keil的user选项中，如下图添加这两项：
fromelf --bin --output=stm32f1.bin ../output/stm32f1.axf
fromelf --text -a -c --output=stm32f1.dis ../output/stm32f1.axf
然后重新编译，即可得到二进制文件stm32f1.bin(以后会分析)、反汇编文件stm32f1.dis。
如下图所示：
正常编译过程是分为四个阶段进行的，即预处理(也称预编译，preprocessing)、编译(compilation)、汇编 (assembly)和链接(linking)。
但是反编译是讲为二进制文件反编译成汇编文件，因此反汇编的流程如下：
3 反汇编代码解析接下来就是查看反编译代码，打开反编译文件project/stm32f1.dis。这里只截取一段查看，因为格式都是一样的，知识每条内容不同罢了。
第一列是链接地址，第二列是机器码，第三列是汇编指令。
根本汇编指令，我们找到arm®v7-m architecture reference manual_ddi 0403e.d (id070218)中的ldr指令。
我们将f8dfd004变成二进制。
这个使用的32位的thumb2指令集。
其中b0~b11是立即数，这里是4，对应的汇编代码的也是4，这里要注意的是，arm指令采用流水线机制，当前执行地址a的指令，同时已经在对下一条指令进行译码同时已经在读取下下一条指令：pc = a +4 (thumb/thumb2指令集)。
b12~b15是寄存器，这段大小是0xc，对应的寄存器就是sp；
后面16bit除了23位意外，全是固定的，其中‘u’表示无条件执行，这里置为1。
其他的汇编指令对应的机器码也是类似的，值得注意的是，不同的架构对应的机器码也是不同的，这也就回答了为了不同的处理器架构会对应不同的指令集。
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这样就可将机器码和对应的代码对应起来。当程序运行起来了，也就从异常向量表中跳转到reset_handler中，然后跳转到main函数中，而main函数是在栈中，因此需要设置占空间的起始位置。根据stm32的参考手册，sram的其起始地址和大小如下：
因此栈顶为起始位置加上栈的大小即可，只要不超过sram即可。
值得注意的是，栈是__向低地址扩展的数据结构__，是一块连续的内存区域，栈顶的地址和栈的最大容量是在通过ldr设置，因此需要根据应用需求合理分配栈空间。
接下来往下走，如果在汇编中不打断点，会默认进入main函数的一条指令，就从这里分析。为了分析方便，这里还有使用上一节方便出来的文件。
【c代码33行】
从内存地址0x0800 017c拷贝数据0x40021018到r3中，也就是
r3 = * 0x0800 017c
也就是将preg指针保存到r3中。
【c代码34行】
这里对应3条指令
首先将r3拷贝到r0中，然后将r0或上1左移3位，也就是
orr r0,r0,#8
最后将r0的值写入r3所指地址中。
【c代码37行】
同33行，从内存地址0x0800 0180拷贝数据40010c00到r3中
【c代码38行】
同34行，这里也对应3条指令：
【c代码40行】
和33行不同的是，这里分了两条指令：
笔者认为前面是编译器优化了。根据arm指令采用流水线机制，当前执行地址a的指令，同时已经在对下一条指令进行译码同时已经在读取下下一条指令：pc = a +4 (thumb/thumb2指令集)。因此前面类似的代码被优化了。
接下来就进入循环中。
后面就移植在死循环中，不断操作gpio的亮灭。
【c代码45行】
这里是将b0设置为1，和34行类似。
【c代码47行】
这里将进入延时函数。
进入延时函数：
nop是字节对齐，减少指令的内存访问次数。首先将变量d保存到r0，然后将r0赋给r1，接着是r0自减1，紧接着是r1与0比较，如果r1等于0，则会返回，否则，又从头开始，值得注意的是，这里先比较，然后r0才自减的。
为了进一步说明，可以看--d的汇编代码。
这里就是相当于r1先减1，然后再比较的。
【c代码50行】
这行代码对应一下指令，很简单。
5 总结在前面使用keil进行了反汇编，也对相应的c代码进行了分析。我们看到的反汇编代码如下：
根据反汇编的代码，可将其对应到flash，在flash上的内容如下表所示：
地址flash****内容
0x08000000 00000000
0x08000004 08000009
0x08000008 f8dfd004
0x0800000c f000f80c
… …
最后总结下点灯的流程：
第一步：设置栈 ：cpu会从0x08000000读取值，用来设置sp。
第二步：跳转 ：cpu从0x08000004得到地址值，根据它的bit0切换为arm状态或thumb状态，然后跳转。
__第三步：__对于cortex m3/m4，它只支持thumb状态，所以0x08000004上的值bit0必定是1，0x08000004上的值 = reset_handler + 1。从reset_handler继续执行。
第四步 ：然后进入到主函数中执行相应c代码。
明基i707评测 性价比很高沉浸式视听体验
新海宜拟5亿建设2.05万吨碳酸锂及氢氧化锂加工厂
一款由LM139构成的方波发生电路的设计与实现
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雷军:要在三年投入50亿,铸就新零售铁军!
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