Introduction to ARM64v8
Ausnahmeebenen - EL (ARM64v8)
In der ARMv8-Architektur definieren Ausführungsebenen, bekannt als Ausnahmeebenen (ELs), das Privilegierungsniveau und die Fähigkeiten der Ausführungsumgebung. Es gibt vier Ausnahmeebenen, von EL0 bis EL3, von denen jede einen anderen Zweck erfüllt:
EL0 - Benutzermodus:
Dies ist die am wenigsten privilegierte Ebene und wird zum Ausführen von regulärem Anwendungscode verwendet.
Anwendungen, die auf EL0 ausgeführt werden, sind voneinander und von der Systemsoftware isoliert, was die Sicherheit und Stabilität erhöht.
EL1 - Betriebssystem-Kernelmodus:
Die meisten Betriebssystemkerne laufen auf dieser Ebene.
EL1 hat mehr Privilegien als EL0 und kann auf Systemressourcen zugreifen, jedoch mit einigen Einschränkungen, um die Systemintegrität sicherzustellen.
EL2 - Hypervisor-Modus:
Diese Ebene wird für die Virtualisierung verwendet. Ein Hypervisor, der auf EL2 läuft, kann mehrere Betriebssysteme (jedes in seinem eigenen EL1) auf derselben physischen Hardware verwalten.
EL2 bietet Funktionen zur Isolierung und Steuerung der virtualisierten Umgebungen.
EL3 - Sicherer Monitor-Modus:
Dies ist die privilegierteste Ebene und wird häufig für sicheres Booten und vertrauenswürdige Ausführungsumgebungen verwendet.
EL3 kann Zugriffe zwischen sicheren und nicht sicheren Zuständen verwalten und steuern (wie sicheres Booten, vertrauenswürdige OS usw.).
Die Verwendung dieser Ebenen ermöglicht eine strukturierte und sichere Verwaltung verschiedener Aspekte des Systems, von Benutzeranwendungen bis zur privilegiertesten Systemsoftware. ARMv8s Ansatz für Privilegierungsebenen hilft dabei, verschiedene Systemkomponenten effektiv zu isolieren und somit die Sicherheit und Robustheit des Systems zu verbessern.
Register (ARM64v8)
ARM64 verfügt über 31 Allzweckregister, die mit x0
bis x30
bezeichnet sind. Jedes kann einen 64-Bit (8-Byte)-Wert speichern. Für Operationen, die nur 32-Bit-Werte erfordern, können auf die gleichen Register im 32-Bit-Modus unter Verwendung der Namen w0 bis w30 zugegriffen werden.
x0
bisx7
- Diese werden typischerweise als Zwischenregister und zum Übergeben von Parametern an Unterprogramme verwendet.
x0
trägt auch die Rückgabedaten einer Funktion.
x8
- Im Linux-Kernel wirdx8
als die Systemaufrufnummer für diesvc
-Anweisung verwendet. In macOS wird x16 verwendet!x9
bisx15
- Weitere temporäre Register, oft für lokale Variablen verwendet.x16
undx17
- Intra-prozedurale Aufrufregister. Temporäre Register für unmittelbare Werte. Sie werden auch für indirekte Funktionsaufrufe und PLT (Procedure Linkage Table)-Stümpfe verwendet.
x16
wird als die Systemaufrufnummer für diesvc
-Anweisung in macOS verwendet.
x18
- Plattformregister. Es kann als Allzweckregister verwendet werden, aber auf einigen Plattformen ist dieses Register für plattformspezifische Zwecke reserviert: Zeiger auf den aktuellen Thread-Umgebungsblock in Windows oder um auf die aktuell ausgeführte Task-Struktur im Linux-Kernel zu zeigen.x19
bisx28
- Dies sind callee-saved-Register. Eine Funktion muss die Werte dieser Register für ihren Aufrufer erhalten, sodass sie im Stapel gespeichert und vor der Rückkehr zum Aufrufer wiederhergestellt werden.x29
- Rahmenzeiger zur Verfolgung des Stapelrahmens. Wenn ein neuer Stapelrahmen erstellt wird, weil eine Funktion aufgerufen wird, wird dasx29
-Register im Stapel gespeichert und die neue Stapelrahmenadresse (Adresse vonsp
) wird in diesem Register gespeichert.
Dieses Register kann auch als Allzweckregister verwendet werden, obwohl es normalerweise als Referenz für lokale Variablen verwendet wird.
x30
oderlr
- Link-Register. Es enthält die Rückgabeadresse, wenn eineBL
(Branch with Link)- oderBLR
(Branch with Link to Register)-Anweisung ausgeführt wird, indem derpc
-Wert in diesem Register gespeichert wird.
Es kann wie jedes andere Register verwendet werden.
Wenn die aktuelle Funktion eine neue Funktion aufrufen wird und daher
lr
überschrieben wird, wird es zu Beginn im Stapel gespeichert, dies ist der Epilog (stp x29, x30 , [sp, #-48]; mov x29, sp
-> Speichern vonfp
undlr
, Platz generieren und neuenfp
erhalten) und am Ende wiederhergestellt, dies ist der Prolog (ldp x29, x30, [sp], #48; ret
-> Wiederherstellen vonfp
undlr
und Rückkehr).
sp
- Stapelzeiger, der verwendet wird, um den oberen Teil des Stapels zu verfolgen.
Der Wert von
sp
sollte immer mindestens auf eine Quadword-Alignment oder eine Ausnahmefehler kann auftreten.
pc
- Programmzähler, der auf die nächste Anweisung zeigt. Dieses Register kann nur durch Ausnahmeerzeugungen, Ausnahmerückgaben und Sprünge aktualisiert werden. Die einzigen normalen Anweisungen, die dieses Register lesen können, sind Sprung mit Link-Anweisungen (BL, BLR), um diepc
-Adresse imlr
(Link-Register) zu speichern.xzr
- Nullregister. Auch alswzr
in seiner 32-Bit-Registerform bezeichnet. Kann verwendet werden, um den Nullwert einfach zu erhalten (üblicher Vorgang) oder um Vergleiche mitsubs
wiesubs XZR, Xn, #10
durchzuführen, wobei die resultierenden Daten nirgendwo gespeichert werden (inxzr
).
Die Wn
-Register sind die 32-Bit-Version des Xn
-Registers.
SIMD- und Gleitkomma-Register
Darüber hinaus gibt es weitere 32 Register von 128-Bit-Länge, die in optimierten Single-Instruction-Multiple-Data (SIMD)-Operationen und zur Durchführung von Gleitkommaarithmetik verwendet werden können. Diese werden als die Vn-Register bezeichnet, obwohl sie auch in 64-Bit, 32-Bit, 16-Bit und 8-Bit arbeiten können und dann Qn
, Dn
, Sn
, Hn
und Bn
genannt werden.
System Registers
Es gibt Hunderte von Systemregistern, auch als spezielle Zweckregister (SPRs) bezeichnet, die zur Überwachung und Steuerung des Verhaltens von Prozessoren verwendet werden.
Sie können nur mit den dedizierten speziellen Anweisungen mrs
und msr
gelesen oder gesetzt werden.
Die speziellen Register TPIDR_EL0
und TPIDDR_EL0
sind häufig beim Reverse Engineering zu finden. Der Suffix EL0
gibt an, ab welcher minimalen Ausnahme auf das Register zugegriffen werden kann (in diesem Fall ist EL0 die reguläre Ausnahme (Privileg), unter der reguläre Programme ausgeführt werden).
Sie werden oft verwendet, um die Basisadresse des Thread-spezifischen Speicherbereichs zu speichern. Normalerweise ist das erste lesbar und beschreibbar für Programme, die in EL0 ausgeführt werden, aber das zweite kann von EL0 gelesen und von EL1 (wie Kernel) geschrieben werden.
mrs x0, TPIDR_EL0 ; Lese TPIDR_EL0 in x0
msr TPIDR_EL0, X0 ; Schreibe x0 in TPIDR_EL0
PSTATE
PSTATE enthält mehrere Prozesskomponenten, die in das für das Betriebssystem sichtbare SPSR_ELx
-Spezialregister serialisiert sind, wobei X das Berechtigungs-Level der ausgelösten Ausnahme ist (dies ermöglicht die Wiederherstellung des Prozesszustands, wenn die Ausnahme endet).
Folgende Felder sind zugänglich:
Die Bedingungsflags
N
,Z
,C
undV
:N
bedeutet, dass die Operation ein negatives Ergebnis lieferteZ
bedeutet, dass die Operation Null ergabC
bedeutet, dass die Operation durchgeführt wurdeV
bedeutet, dass die Operation einen vorzeichenbehafteten Überlauf ergab:Die Summe von zwei positiven Zahlen ergibt ein negatives Ergebnis.
Die Summe von zwei negativen Zahlen ergibt ein positives Ergebnis.
Bei der Subtraktion, wenn von einer kleineren positiven Zahl eine große negative Zahl abgezogen wird (oder umgekehrt), und das Ergebnis nicht im Bereich der gegebenen Bitgröße dargestellt werden kann.
Offensichtlich weiß der Prozessor nicht, ob die Operation vorzeichenbehaftet ist oder nicht, daher überprüft er C und V in den Operationen und gibt an, ob ein Übertrag aufgetreten ist, falls er vorzeichenbehaftet oder vorzeichenlos war.
Nicht alle Anweisungen aktualisieren diese Flags. Einige wie CMP
oder TST
tun dies, und andere, die ein s-Suffix haben wie ADDS
, tun dies ebenfalls.
Das aktuelle Registerbreiten (
nRW
) Flag: Wenn das Flag den Wert 0 enthält, wird das Programm im AArch64-Ausführungszustand ausgeführt, sobald es fortgesetzt wird.Das aktuelle Ausnahmenlevel (
EL
): Ein reguläres Programm, das in EL0 ausgeführt wird, hat den Wert 0Das Single-Stepping-Flag (
SS
): Wird von Debuggern verwendet, um durch Setzen des SS-Flags auf 1 innerhalb vonSPSR_ELx
schrittweise vorzugehen. Das Programm wird einen Schritt ausführen und eine Einzelschritt-Ausnahme auslösen.Das Flag für den illegalen Ausnahmezustand (
IL
): Es wird verwendet, um zu kennzeichnen, wenn ein privilegierte Software einen ungültigen Ausnahmeebenenwechsel durchführt, dieses Flag wird auf 1 gesetzt und der Prozessor löst eine Ausnahme für illegalen Zustand aus.Die
DAIF
-Flags: Diese Flags ermöglichen es einem privilegierten Programm, bestimmte externe Ausnahmen selektiv zu maskieren.Wenn
A
1 ist, bedeutet dies, dass asynchrone Abbrüche ausgelöst werden. DasI
konfiguriert die Reaktion auf externe Hardware-Interruptanfragen (IRQs). und das F steht für Fast Interrupt Requests (FIRs).Die Flags für die Auswahl des Stapelzeigers (
SPS
): Privilegierte Programme, die in EL1 und höher ausgeführt werden, können zwischen der Verwendung ihres eigenen Stapelzeigerregisters und dem Benutzermodell wechseln (z. B. zwischenSP_EL1
undEL0
). Dieser Wechsel wird durch Schreiben in dasSPSel
-Spezialregister durchgeführt. Dies kann nicht von EL0 aus erfolgen.
Aufrufkonvention (ARM64v8)
Die ARM64-Aufrufkonvention legt fest, dass die ersten acht Parameter einer Funktion in den Registern x0
bis x7
übergeben werden. Zusätzliche Parameter werden auf dem Stack übergeben. Der Rückgabewert wird im Register x0
zurückgegeben, oder auch in x1
, wenn er 128 Bits lang ist. Die Register x19
bis x30
und sp
müssen über Funktionsaufrufe hinweg erhalten bleiben.
Beim Lesen einer Funktion in der Assembly sollte man nach dem Funktionsprolog und -epilog suchen. Der Prolog beinhaltet normalerweise das Speichern des Rahmenzeigers (x29
), das Einrichten eines neuen Rahmenzeigers und das Zuweisen von Speicherplatz im Stapel. Der Epilog beinhaltet normalerweise das Wiederherstellen des gespeicherten Rahmenzeigers und das Rückkehren aus der Funktion.
Aufrufkonvention in Swift
Swift hat seine eigene Aufrufkonvention, die unter https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/ABI/CallConvSummary.rst#arm64 gefunden werden kann.
Gemeinsame Anweisungen (ARM64v8)
ARM64-Anweisungen haben im Allgemeinen das Format opcode dst, src1, src2
, wobei opcode
die auszuführende Operation angibt (wie add
, sub
, mov
, usw.), dst
das Zielregister ist, in dem das Ergebnis gespeichert wird, und src1
und src2
die Quellregister sind. Es können auch unmittelbare Werte anstelle von Quellregistern verwendet werden.
mov
: Verschiebt einen Wert von einem Register in ein anderes.Beispiel:
mov x0, x1
— Dies verschiebt den Wert vonx1
nachx0
.ldr
: Lädt einen Wert aus dem Speicher in ein Register.Beispiel:
ldr x0, [x1]
— Dies lädt einen Wert aus der Speicherstelle, auf diex1
zeigt, inx0
.Offset-Modus: Ein Offset, der den Ursprungspunkt beeinflusst, wird angegeben, zum Beispiel:
ldr x2, [x1, #8]
, dies lädt in x2 den Wert von x1 + 8ldr x2, [x0, x1, lsl #2]
, dies lädt in x2 ein Objekt aus dem Array x0, von der Position x1 (Index) * 4Vorindizierter Modus: Hier werden Berechnungen auf den Ursprung angewendet, das Ergebnis wird erhalten und auch der neue Ursprung im Ursprung gespeichert.
ldr x2, [x1, #8]!
, dies lädtx1 + 8
inx2
und speichert in x1 das Ergebnis vonx1 + 8
str lr, [sp, #-4]!
, Speichert den Link-Register in sp und aktualisiert das Register spNachindizierter Modus: Ähnlich wie der vorherige, aber die Speicheradresse wird abgerufen und dann der Offset berechnet und gespeichert.
ldr x0, [x1], #8
, lädtx1
inx0
und aktualisiert x1 mitx1 + 8
PC-relative Adressierung: In diesem Fall wird die zu ladende Adresse relativ zum PC-Register berechnet
ldr x1, =_start
, Dies lädt die Adresse, an der das Symbol_start
beginnt, in x1 relativ zum aktuellen PC.str
: Speichert einen Wert aus einem Register im Speicher.Beispiel:
str x0, [x1]
— Dies speichert den Wert inx0
an der Speicherstelle, auf diex1
zeigt.ldp
: Lädt ein Paar Register. Diese Anweisung lädt zwei Register aus aufeinanderfolgenden Speicherstellen. Die Speicheradresse wird normalerweise durch Hinzufügen eines Offsets zum Wert in einem anderen Register gebildet.Beispiel:
ldp x0, x1, [x2]
— Dies lädtx0
undx1
aus den Speicherstellen beix2
undx2 + 8
, jeweils.stp
: Speichert ein Registerpaar. Diese Anweisung speichert zwei Register an aufeinanderfolgenden Speicherstellen. Die Speicheradresse wird normalerweise durch Hinzufügen eines Offsets zum Wert in einem anderen Register gebildet.Beispiel:
stp x0, x1, [sp]
— Dies speichertx0
undx1
an den Speicherstellen beisp
undsp + 8
, jeweils.stp x0, x1, [sp, #16]!
— Dies speichertx0
undx1
an den Speicherstellen beisp+16
undsp + 24
, jeweils, und aktualisiertsp
mitsp+16
.add
: Addiert die Werte zweier Register und speichert das Ergebnis in einem Register.Syntax: add(s) Xn1, Xn2, Xn3 | #imm, [shift #N | RRX]
Xn1 -> Ziel
Xn2 -> Operand 1
Xn3 | #imm -> Operand 2 (Register oder Immediate)
[shift #N | RRX] -> Führe eine Verschiebung oder rufe RRX auf
Beispiel:
add x0, x1, x2
— Dies addiert die Werte inx1
undx2
zusammen und speichert das Ergebnis inx0
.add x5, x5, #1, lsl #12
— Dies entspricht 4096 (eine 1, die 12 Mal verschoben wird) -> 1 0000 0000 0000 0000adds
Führt einadd
aus und aktualisiert die Flagssub
: Subtrahiert die Werte zweier Register und speichert das Ergebnis in einem Register.Überprüfe die
add
Syntax.Beispiel:
sub x0, x1, x2
— Dies subtrahiert den Wert inx2
vonx1
und speichert das Ergebnis inx0
.subs
Dies ist wie sub, aktualisiert jedoch die Flaggenmul
: Multipliziert die Werte von zwei Registern und speichert das Ergebnis in einem Register.Beispiel:
mul x0, x1, x2
— Dies multipliziert die Werte inx1
undx2
und speichert das Ergebnis inx0
.div
: Dividiert den Wert eines Registers durch ein anderes und speichert das Ergebnis in einem Register.Beispiel:
div x0, x1, x2
— Dies teilt den Wert inx1
durchx2
und speichert das Ergebnis inx0
.lsl
,lsr
,asr
,ror
,rrx
:Logische Verschiebung nach links: Füge 0en vom Ende hinzu und verschiebe die anderen Bits nach vorne (multipliziere n-mal mit 2)
Logische Verschiebung nach rechts: Füge 1en am Anfang hinzu und verschiebe die anderen Bits nach hinten (dividiere n-mal durch 2 bei unsigned)
Arithmetische Verschiebung nach rechts: Wie
lsr
, aber anstelle von 0en, wenn das MSB eine 1 ist, werden **1en hinzugefügt (**dividiere n-mal durch 2 bei signed)Rechtsrotation: Wie
lsr
, aber was auch immer von rechts entfernt wird, wird links angehängtRechtsrotation mit Erweiterung: Wie
ror
, aber mit dem Carry-Flag als "höchstwertigem Bit". Das Carry-Flag wird also zum Bit 31 verschoben und das entfernte Bit zum Carry-Flag.bfm
: Bitfeldverschiebung, diese Operationen kopieren Bits0...n
von einem Wert und platzieren sie an den Positionenm..m+n
. Die#s
gibt die linkste Bit-Position an und#r
die Rechtsrotation.Bitfeldverschiebung:
BFM Xd, Xn, #r
Signierte Bitfeldverschiebung:
SBFM Xd, Xn, #r, #s
Unsignierte Bitfeldverschiebung:
UBFM Xd, Xn, #r, #s
Bitfeldextraktion und -einfügung: Kopiere ein Bitfeld aus einem Register und kopiere es in ein anderes Register.
BFI X1, X2, #3, #4
Füge 4 Bits von X2 ab dem 3. Bit von X1 einBFXIL X1, X2, #3, #4
Extrahiere aus dem 3. Bit von X2 vier Bits und kopiere sie in X1SBFIZ X1, X2, #3, #4
Sign-erweitert 4 Bits von X2 und fügt sie in X1 ab Bit-Position 3 ein, wobei die rechten Bits auf Null gesetzt werdenSBFX X1, X2, #3, #4
Extrahiert 4 Bits ab Bit 3 von X2, erweitert das Vorzeichen und platziert das Ergebnis in X1UBFIZ X1, X2, #3, #4
Null-erweitert 4 Bits von X2 und fügt sie in X1 ab Bit-Position 3 ein, wobei die rechten Bits auf Null gesetzt werdenUBFX X1, X2, #3, #4
Extrahiert 4 Bits ab Bit 3 von X2 und platziert das null-erweiterte Ergebnis in X1.Vorzeichen erweitern zu X: Erweitert das Vorzeichen (oder fügt in der ungesignten Version einfach 0en hinzu) eines Werts, um Operationen damit durchzuführen:
SXTB X1, W2
Erweitert das Vorzeichen eines Bytes von W2 zu X1 (W2
ist die Hälfte vonX2
) um die 64 Bits zu füllenSXTH X1, W2
Erweitert das Vorzeichen einer 16-Bit-Zahl von W2 zu X1, um die 64 Bits zu füllenSXTW X1, W2
Erweitert das Vorzeichen eines Bytes von W2 zu X1, um die 64 Bits zu füllenUXTB X1, W2
Fügt 0en (unsigned) zu einem Byte von W2 zu X1 hinzu, um die 64 Bits zu füllenextr
: Extrahiert Bits aus einem bestimmten Paar von konkatenierten Registern.Beispiel:
EXTR W3, W2, W1, #3
Dies wird W1+W2 konkatenieren und von Bit 3 von W2 bis Bit 3 von W1 extrahieren und in W3 speichern.cmp
: Vergleicht zwei Register und setzt Bedingungsflags. Es ist ein Alias vonsubs
, wobei das Zielregister auf das Nullregister gesetzt wird. Nützlich, um festzustellen, obm == n
.Es unterstützt die gleiche Syntax wie
subs
Beispiel:
cmp x0, x1
— Dies vergleicht die Werte inx0
undx1
und setzt die Bedingungsflags entsprechend.cmn
: Vergleicht negativ Operand. In diesem Fall ist es ein Alias vonadds
und unterstützt die gleiche Syntax. Nützlich, um festzustellen, obm == -n
.ccmp
: Bedingter Vergleich, ein Vergleich, der nur durchgeführt wird, wenn ein vorheriger Vergleich wahr war und speziell die nzcv-Bits setzt.cmp x1, x2; ccmp x3, x4, 0, NE; blt _func
-> Wenn x1 != x2 und x3 < x4, springe zu funcDies liegt daran, dass
ccmp
nur ausgeführt wird, wenn der vorherigecmp
einNE
war, wenn nicht, werden die Bitsnzcv
auf 0 gesetzt (was denblt
-Vergleich nicht erfüllt).Dies kann auch als
ccmn
verwendet werden (gleich, aber negativ, wiecmp
vscmn
).tst
: Überprüft, ob die Werte des Vergleichs beide 1 sind (funktioniert wie ein ANDS, ohne das Ergebnis irgendwo zu speichern). Nützlich, um ein Register mit einem Wert zu überprüfen und zu prüfen, ob eines der Bits des im Wert angegebenen Registers 1 ist.Beispiel:
tst X1, #7
Überprüfen, ob eines der letzten 3 Bits von X1 1 istteq
: XOR-Operation, wobei das Ergebnis verworfen wirdb
: Bedingungsloser SprungBeispiel:
b myFunction
Beachten Sie, dass dies den Link-Register nicht mit der Rücksprungadresse füllt (nicht geeignet für Unterprogrammaufrufe, die zurückkehren müssen)
bl
: Sprung mit Link, wird verwendet, um eine Unterfunktion aufzurufen. Speichert die Rücksprungadresse inx30
.Beispiel:
bl myFunction
— Dies ruft die FunktionmyFunction
auf und speichert die Rücksprungadresse inx30
.Beachten Sie, dass dies den Link-Register nicht mit der Rücksprungadresse füllt (nicht geeignet für Unterprogrammaufrufe, die zurückkehren müssen)
blr
: Sprung mit Link zum Register, wird verwendet, um eine Unterfunktion aufzurufen, bei der das Ziel in einem Register angegeben ist. Speichert die Rücksprungadresse inx30
. (Dies istBeispiel:
blr x1
— Dies ruft die Funktion auf, deren Adresse inx1
enthalten ist, und speichert die Rücksprungadresse inx30
.ret
: Rückkehr aus dem Unterprogramm, normalerweise unter Verwendung der Adresse inx30
.Beispiel:
ret
— Dies kehrt aus dem aktuellen Unterprogramm unter Verwendung der Rücksprungadresse inx30
zurück.b.<cond>
: Bedingte Sprüngeb.eq
: Springe, wenn gleich, basierend auf der vorherigencmp
-Anweisung.Beispiel:
b.eq label
— Wenn die vorherigecmp
-Anweisung zwei gleiche Werte gefunden hat, springt dies zulabel
.b.ne
: Branch if Not Equal. Diese Anweisung überprüft die Bedingungsflags (die von einer vorherigen Vergleichsanweisung gesetzt wurden) und springt zu einem Label oder einer Adresse, wenn die verglichenen Werte nicht gleich waren.Beispiel: Nach einer
cmp x0, x1
Anweisung,b.ne label
— Wenn die Werte inx0
undx1
nicht gleich waren, springt dies zulabel
.cbz
: Vergleichen und Springen bei Null. Diese Anweisung vergleicht ein Register mit Null und springt zu einem Label oder einer Adresse, wenn sie gleich sind.Beispiel:
cbz x0, label
— Wenn der Wert inx0
Null ist, springt dies zulabel
.cbnz
: Vergleichen und Springen bei Nicht-Null. Diese Anweisung vergleicht ein Register mit Null und springt zu einem Label oder einer Adresse, wenn sie nicht gleich sind.Beispiel:
cbnz x0, label
— Wenn der Wert inx0
nicht Null ist, springt dies zulabel
.tbnz
: Bit testen und bei Nicht-Null springenBeispiel:
tbnz x0, #8, label
tbz
: Bit testen und bei Null springenBeispiel:
tbz x0, #8, label
Bedingte Auswahloperationen: Dies sind Operationen, deren Verhalten je nach den bedingten Bits variiert.
csel Xd, Xn, Xm, cond
->csel X0, X1, X2, EQ
-> Wenn wahr, X0 = X1, wenn falsch, X0 = X2csinc Xd, Xn, Xm, cond
-> Wenn wahr, Xd = Xn, wenn falsch, Xd = Xm + 1cinc Xd, Xn, cond
-> Wenn wahr, Xd = Xn + 1, wenn falsch, Xd = Xncsinv Xd, Xn, Xm, cond
-> Wenn wahr, Xd = Xn, wenn falsch, Xd = NICHT(Xm)cinv Xd, Xn, cond
-> Wenn wahr, Xd = NICHT(Xn), wenn falsch, Xd = Xncsneg Xd, Xn, Xm, cond
-> Wenn wahr, Xd = Xn, wenn falsch, Xd = - Xmcneg Xd, Xn, cond
-> Wenn wahr, Xd = - Xn, wenn falsch, Xd = Xncset Xd, Xn, Xm, cond
-> Wenn wahr, Xd = 1, wenn falsch, Xd = 0csetm Xd, Xn, Xm, cond
-> Wenn wahr, Xd = <alle 1>, wenn falsch, Xd = 0adrp
: Berechnet die Seitenadresse eines Symbols und speichert sie in einem Register.Beispiel:
adrp x0, symbol
— Dies berechnet die Seitenadresse vonsymbol
und speichert sie inx0
.ldrsw
: Lädt einen vorzeichenbehafteten 32-Bit-Wert aus dem Speicher und erweitert ihn auf 64 Bit.Beispiel:
ldrsw x0, [x1]
— Dies lädt einen vorzeichenbehafteten 32-Bit-Wert aus der Speicherstelle, auf diex1
zeigt, erweitert ihn auf 64 Bit und speichert ihn inx0
.stur
: Speichert einen Registerwert an einer Speicherstelle, unter Verwendung eines Offsets von einem anderen Register.Beispiel:
stur x0, [x1, #4]
— Dies speichert den Wert inx0
in der Speicheradresse, die 4 Bytes größer ist als die Adresse, die sich derzeit inx1
befindet.svc
: Führt einen Systemaufruf durch. Es steht für "Supervisor Call". Wenn der Prozessor diese Anweisung ausführt, wechselt er vom Benutzermodus in den Kernelmodus und springt an eine spezifische Speicherstelle, an der sich der Systemaufrufbehandlungscode des Kernels befindet.Beispiel:
Funktionsprolog
Speichern des Link-Registers und des Frame-Zeigers im Stack:
Richte den neuen Rahmenzeiger ein:
mov x29, sp
(richtet den neuen Rahmenzeiger für die aktuelle Funktion ein)Platz auf dem Stapel für lokale Variablen reservieren (falls erforderlich):
sub sp, sp, <Größe>
(wobei<Größe>
die Anzahl der benötigten Bytes ist)
Funktionsepilog
Lokale Variablen freigeben (falls welche zugewiesen wurden):
add sp, sp, <Größe>
Stelle den Verbindungsspeicher und den Rahmenzeiger wieder her:
Rückkehr:
ret
(gibt die Kontrolle an den Aufrufer zurück, indem die Adresse im Link-Register verwendet wird)
AARCH32 Ausführungszustand
Armv8-A unterstützt die Ausführung von 32-Bit-Programmen. AArch32 kann in einem von zwei Befehlssätzen ausgeführt werden: A32
und T32
und kann zwischen ihnen über interworking
wechseln.
Privilegierte 64-Bit-Programme können die Ausführung von 32-Bit-Programmen planen, indem sie einen Ausnahmeebenentransfer zur niedriger privilegierten 32-Bit-Ausführung ausführen.
Beachten Sie, dass der Übergang von 64-Bit auf 32-Bit mit einer Verringerung der Ausnahmeebene erfolgt (zum Beispiel ein 64-Bit-Programm in EL1, das ein Programm in EL0 auslöst). Dies wird durch Setzen des Bits 4 von SPSR_ELx
Spezialregister auf 1 durchgeführt, wenn der AArch32
-Prozess-Thread bereit ist, ausgeführt zu werden, und der Rest von SPSR_ELx
speichert die AArch32
-Programme CPSR. Anschließend ruft der privilegierte Prozess die ERET
-Anweisung auf, damit der Prozessor in den AArch32
-Modus wechselt und je nach CPSR in A32 oder T32 wechselt**.**
Das interworking
erfolgt unter Verwendung der J- und T-Bits von CPSR. J=0
und T=0
bedeutet A32
und J=0
und T=1
bedeutet T32. Dies bedeutet im Wesentlichen, dass das niedrigste Bit auf 1 gesetzt wird, um anzuzeigen, dass der Befehlssatz T32 ist.
Dies wird während der Interworking-Branch-Anweisungen festgelegt, kann aber auch direkt mit anderen Anweisungen festgelegt werden, wenn der PC als Zielregister festgelegt ist. Beispiel:
Ein weiteres Beispiel:
Register
Es gibt 16 32-Bit-Register (r0-r15). Von r0 bis r14 können sie für jede Operation verwendet werden, jedoch sind einige von ihnen normalerweise reserviert:
r15
: Programmzähler (immer). Enthält die Adresse des nächsten Befehls. In A32 aktuell + 8, in T32 aktuell + 4.r11
: Rahmenzeigerr12
: Intra-prozeduraler Aufrufregisterr13
: Stapelzeigerr14
: Link-Register
Darüber hinaus werden Register in banked Registern
gesichert. Dies sind Orte, an denen die Registerwerte gespeichert werden, um schnelle Kontextwechsel in der Ausnahmebehandlung und privilegierte Operationen durchzuführen, um die Notwendigkeit des manuellen Speicherns und Wiederherstellens von Registern jedes Mal zu vermeiden. Dies wird durch Speichern des Prozessorzustands von CPSR
in das SPSR
des Prozessormodus, zu dem die Ausnahme genommen wird, erreicht. Bei der Rückkehr von der Ausnahme wird der CPSR
aus dem SPSR
wiederhergestellt.
CPSR - Aktueller Programmstatusregister
In AArch32 funktioniert der CPSR ähnlich wie PSTATE
in AArch64 und wird auch in SPSR_ELx
gespeichert, wenn eine Ausnahme auftritt, um später die Ausführung wiederherzustellen:
Die Felder sind in einige Gruppen unterteilt:
Anwendungsprogrammstatusregister (APSR): Arithmetische Flags und von EL0 aus zugänglich
Ausführungsstatusregister: Verhaltensweise des Prozesses (vom Betriebssystem verwaltet).
Anwendungsprogrammstatusregister (APSR)
Die Flags
N
,Z
,C
,V
(genau wie in AArch64)Das Flag
Q
: Es wird auf 1 gesetzt, wenn während der Ausführung eines spezialisierten sättigenden arithmetischen Befehls eine ganzzahlige Sättigung auftritt. Sobald es auf1
gesetzt ist, behält es den Wert bei, bis es manuell auf 0 gesetzt wird. Darüber hinaus gibt es keinen Befehl, der seinen Wert implizit überprüft, dies muss manuell gelesen werden.GE
(Größer oder gleich) Flags: Es wird in SIMD (Single Instruction, Multiple Data)-Operationen verwendet, wie "paralleles Addieren" und "paralleles Subtrahieren". Diese Operationen ermöglichen die Verarbeitung mehrerer Datenpunkte in einem einzigen Befehl.
Zum Beispiel fügt der Befehl UADD8
vier Byte-Paare (aus zwei 32-Bit-Operanden) parallel hinzu und speichert die Ergebnisse in einem 32-Bit-Register. Dann setzt er die GE
-Flags im APSR
basierend auf diesen Ergebnissen. Jedes GE-Flag entspricht einer der Byte-Additionen und zeigt an, ob die Addition für dieses Byte-Paar überlaufen ist.
Der Befehl SEL
verwendet diese GE-Flags, um bedingte Aktionen auszuführen.
Ausführungsstatusregister
Die Bits
J
undT
:J
sollte 0 sein und wennT
0 ist, wird der Befehlssatz A32 verwendet, und wenn er 1 ist, wird T32 verwendet.IT Block State Register (
ITSTATE
): Dies sind die Bits von 10-15 und 25-26. Sie speichern Bedingungen für Befehle innerhalb einer mitIT
vorangestellten Gruppe.Das Bit
E
: Gibt die Byte-Reihenfolge an.Modus- und Ausnahmemaskenbits (0-4): Sie bestimmen den aktuellen Ausführungszustand. Das 5. gibt an, ob das Programm als 32-Bit (eine 1) oder 64-Bit (eine 0) ausgeführt wird. Die anderen 4 repräsentieren den derzeit verwendeten Ausnahmemodus (wenn eine Ausnahme auftritt und behandelt wird). Die gesetzte Nummer gibt die aktuelle Priorität an, falls eine weitere Ausnahme ausgelöst wird, während diese behandelt wird.
AIF
: Bestimmte Ausnahmen können mit den BitsA
,I
,F
deaktiviert werden. WennA
1 ist, bedeutet dies, dass asynchrone Abbrüche ausgelöst werden. DasI
konfiguriert die Reaktion auf externe Hardware-Interruptanfragen (IRQs). und das F bezieht sich auf Fast Interrupt Requests (FIRs).
macOS
BSD-Systemaufrufe
Schauen Sie sich syscalls.master an. BSD-Systemaufrufe haben x16 > 0.
Mach-Fallen
Schauen Sie sich in syscall_sw.c die mach_trap_table
und in mach_traps.h die Prototypen an. Die maximale Anzahl von Mach-Fallen beträgt MACH_TRAP_TABLE_COUNT
= 128. Mach-Fallen haben x16 < 0, daher müssen Sie die Nummern aus der vorherigen Liste mit einem Minuszeichen aufrufen: _kernelrpc_mach_vm_allocate_trap
ist -10
.
Sie können auch libsystem_kernel.dylib
in einem Disassembler überprüfen, um herauszufinden, wie diese (und BSD) Systemaufrufe aufgerufen werden:
Manchmal ist es einfacher, den decompilierten Code von libsystem_kernel.dylib
zu überprüfen, als den Quellcode zu überprüfen, da der Code mehrerer Syscalls (BSD und Mach) über Skripte generiert wird (überprüfen Sie die Kommentare im Quellcode), während Sie im Dylib finden können, was aufgerufen wird.
machdep-Aufrufe
XNU unterstützt einen weiteren Typ von Aufrufen, die maschinenabhängig genannt werden. Die Anzahl dieser Aufrufe hängt von der Architektur ab, und weder die Aufrufe noch die Nummern sind garantiert konstant zu bleiben.
comm page
Dies ist eine Kernel-Eigentümer-Speicherseite, die in den Adressraum jedes Benutzerprozesses abgebildet ist. Sie soll den Übergang vom Benutzermodus zum Kernelraum schneller machen als die Verwendung von Syscalls für Kerneldienste, die so häufig verwendet werden, dass dieser Übergang sehr ineffizient wäre.
Zum Beispiel liest der Aufruf gettimeofdate
den Wert von timeval
direkt von der Comm-Seite.
objc_msgSend
Es ist sehr häufig, diese Funktion in Objective-C- oder Swift-Programmen zu finden. Diese Funktion ermöglicht den Aufruf einer Methode eines Objective-C-Objekts.
Parameter (mehr Informationen in der Dokumentation):
x0: self -> Zeiger auf die Instanz
x1: op -> Selektor der Methode
x2... -> Restliche Argumente der aufgerufenen Methode
Daher können Sie, wenn Sie einen Breakpoint vor dem Sprung zu dieser Funktion setzen, leicht herausfinden, was in lldb aufgerufen wird (in diesem Beispiel ruft das Objekt ein Objekt von NSConcreteTask
auf, das einen Befehl ausführen wird):
Durch das Setzen der Umgebungsvariable NSObjCMessageLoggingEnabled=1
ist es möglich, zu protokollieren, wann diese Funktion in einer Datei wie /tmp/msgSends-pid
aufgerufen wird.
Darüber hinaus, durch das Setzen von OBJC_HELP=1
und dem Aufruf eines beliebigen Binärdatei, können Sie andere Umgebungsvariablen sehen, die Sie verwenden könnten, um zu protokollieren, wann bestimmte Objc-C-Aktionen auftreten.
Wenn diese Funktion aufgerufen wird, muss die aufgerufene Methode der angegebenen Instanz gefunden werden. Dafür werden verschiedene Suchen durchgeführt:
Durchführen einer optimistischen Cache-Suche:
Wenn erfolgreich, fertig
Sperre des Laufzeitschlosses erwerben (lesen)
Wenn (realize && !cls->realized) Klasse realisieren
Wenn (initialize && !cls->initialized) Klasse initialisieren
Eigene Klassencache versuchen:
Wenn erfolgreich, fertig
Klassenmethodenliste versuchen:
Wenn gefunden, Cache füllen und fertig
Übergeordneten Klassencache versuchen:
Wenn erfolgreich, fertig
Übergeordnete Methodenliste versuchen:
Wenn gefunden, Cache füllen und fertig
Wenn (resolver) Methodenauflöser versuchen und von Klassensuche wiederholen
Wenn immer noch hier (= alles andere ist fehlgeschlagen) Forwarder versuchen
Shellcodes
Zum Kompilieren:
Um die Bytes zu extrahieren:
Für neuere macOS:
Last updated