【问题标题】:When I call A ASM function in C the parameters don't appear on the stack当我在 C 中调用 ASM 函数时,参数不会出现在堆栈上
【发布时间】:2020-08-23 22:54:09
【问题描述】:

好的,所以我有两个文件,一个是 A C 文件,另一个是 ASM 文件。他们的代码是。

C 文件

void print()
{
print_char('A');
}

ASM 文件

print_char:
push ebp ; prolouge
mov ebp, esp
mov ah, 0eh ; set code for printing
mov al, [esp+8] ; move char into al
int 10h ; call int 10h
mov esp, ebp ; epilouge
pop ebp
ret

它会打印一个叫做 A Triple bar 的东西。有谁知道原因

【问题讨论】:

  • 你忘了指定什么环境。很怀疑您显然有一个工作的int 10h,但使用的是 32 位代码。前者通常意味着 16 位代码。无论如何,检查 C 函数的生成代码和/或使用调试器查看堆栈内容。
  • 你在为什么操作系统编程?
  • 用什么编译器?在 16 位模式下,对于接近 call 的返回地址只有 16 位宽。我不确定gcc -m16 对此做了什么,如果它只是让堆栈错位的话。但是请查看读取 arg 的 C 函数的编译器输出。此外,如果您要引用相对于 ESP 而不是 EBP 的 args,那么将 EBP 设置为帧指针是浪费指令。
  • 如果您展示完整的引导加载程序代码示例、内核和汇编语言代码以及用于编译/组装/链接代码(并生成磁盘映像)的命令,将会有所帮助。如果您使用我们也需要查看的链接器脚本。
  • 那是 16 位引导扇区代码,尚不清楚如何将 C 部分放入其中。无论如何,正如我们已经告诉过你的,你可能应该写 16 位 asm,例如push bp; mov bp, sp; mov ah, 0eh; mov al, [bp+4]; int 10h; pop bp; ret.

标签: assembly gcc x86 nasm real-mode


【解决方案1】:

我有一个 Stackoverflow 答案,其中包含许多 bootloader tips,包括设置段、堆栈,以及不依赖寄存器来获得特定值等。我还有一个 Stackoverflow 答案,它是一个可以加载内核的 simple bootloader (或第二阶段)来自 1.44MB 软盘映像。

如果Int 10h/ah=0eh 正在打印字符并且没​​有出错,那么您尝试生成的代码似乎打算在实模式下运行。您提到您使用的是 Ubuntu,请不要提及您是否使用cross compiler(我强烈建议使用一个)。另一种可能性是您正在使用实验性的ia16-elf-gcc 编译器,它可以生成 16 位实模式代码,可以在从 8086 到 80386+ 的各种处理器上运行。

在没有任何其他信息的情况下,我假设您在 Ubuntu 上使用本机 gcc 编译器,而不是交叉编译器或 ia16-gcc 编译器。您应该知道,原生 GCC 可以使用 -m16 选项生成在实模式下运行的代码,但生成的代码只能在 80386+ 或更好的处理器上运行。除非您竭尽全力,否则 GCC 生成的代码应该放在前 64KiB 的内存中,我建议 CS=DS=ES=SS=0 以减少麻烦。主流GCC对实模式段没有理解:偏移寻址。

您没有真正展示足够多的代码来了解您遇到的所有问题。对我来说最突出的是print_char

print_char:
push ebp ; prolouge
mov ebp, esp
mov ah, 0eh ; set code for printing
mov al, [esp+8] ; move char into al
int 10h ; call int 10h
mov esp, ebp ; epilouge
pop ebp
ret

特别是ret 会导致问题。因为 GCC 正在生成具有 32 位操作数和 32 位地址覆盖的代码,所以它期望调用函数将 32 位返回地址压入堆栈。在实模式下,您的汇编代码中的一个简单的ret 将返回堆栈上的 16 位地址,并且仅弹出 2 个字节而不是 4 个字节。这将在返回给调用者时导致堆栈不平衡,这可能导致不可预知的结果。要解决此问题,您需要在 ret 上使用 32 位操作数覆盖,因此它必须是 o32 ret

如果您从程序集中调用 C 函数,您必须确保使用的 CALL 版本将完整的 32 位地址推入堆栈而不是 16 位一。不这样做将导致堆栈上传递的任何参数被错误地索引,并且 GCC 将执行ret,这将期望从堆栈中弹出一个 32 位返回地址。如果您有一个名为kmain 的函数(以内核入口点为例),那么您可能会考虑这样编码CALL

call kmain

你真正需要的是:

call dword kmain

您可能需要查看的其他问题:

  • 在调用 C 代码之前确保段寄存器设置正确
  • 设置正确的堆栈指针SS:SP
  • 将 DF 标志设置为 0(使用 CLD
  • 如果使用浮点 x87 浮点使用finit 来初始化它
  • 在从程序集中调用任何 C 之前,请确保堆栈在 16 字节边界上对齐。
  • 确保将整个内核加载到内存中
  • 您需要在 C 代码使用任何未初始化或零初始化的全局变量之前将 BSS 部分清零
  • 确保生成的代码具有适当的 VMA/原点。
  • 确保 C 代码不是使用位置无关代码 (PIC) 使用 -fno-pic 构建的
  • 确保 C 代码是使用 -m16 选项构建的,以便生成的指令在 80386+ 上以 16 位实模式运行时可以正常工作。
  • 使用-fno-asynchronous-unwind-tables 删除异步展开表并使用-fno-exceptions 关闭异常

作为一个例子,我将使用我的引导加载程序在 0x7e00 加载内核。调用print_char 和一个简单的print_string

boot.asm

STAGE2_ABS_ADDR  equ 0x07e00
STAGE2_RUN_SEG   equ 0x0000
STAGE2_RUN_OFS   equ STAGE2_ABS_ADDR
                                ; Run stage2 with segment of 0x0000 and offset of 0x7e00

STAGE2_LOAD_SEG  equ STAGE2_ABS_ADDR>>4
                                ; Segment to start reading Stage2 into
                                ;     right after bootloader

STAGE2_LBA_START equ 1          ; Logical Block Address(LBA) Stage2 starts on
                                ;     LBA 1 = sector after boot sector
STAGE2_LBA_END   equ STAGE2_LBA_START + NUM_STAGE2_SECTORS
                                ; Logical Block Address(LBA) Stage2 ends at
DISK_RETRIES     equ 3          ; Number of times to retry on disk error

bits 16
ORG 0x7c00

; Include a BPB (1.44MB floppy with FAT12) to be more compatible with USB floppy media
%ifdef WITH_BPB
%include "bpb.inc"
%endif

boot_start:
    xor ax, ax                  ; DS=SS=0 for stage2 loading
    mov ds, ax
    mov ss, ax                  ; Stack at 0x0000:0x7c00
    mov sp, 0x7c00
    cld                         ; Set string instructions to use forward movement

    ; Read Stage2 1 sector at a time until stage2 is completely loaded
load_stage2:
    mov [bootDevice], dl        ; Save boot drive
    mov di, STAGE2_LOAD_SEG     ; DI = Current segment to read into
    mov si, STAGE2_LBA_START    ; SI = LBA that stage2 starts at
    jmp .chk_for_last_lba       ; Check to see if we are last sector in stage2

.read_sector_loop:
    mov bp, DISK_RETRIES        ; Set disk retry count

    call lba_to_chs             ; Convert current LBA to CHS
    mov es, di                  ; Set ES to current segment number to read into
    xor bx, bx                  ; Offset zero in segment

.retry:
    mov ax, 0x0201              ; Call function 0x02 of int 13h (read sectors)
                                ;     AL = 1 = Sectors to read
    int 0x13                    ; BIOS Disk interrupt call
    jc .disk_error              ; If CF set then disk error

.success:
    add di, 512>>4              ; Advance to next 512 byte segment (0x20*16=512)
    inc si                      ; Next LBA

.chk_for_last_lba:
    cmp si, STAGE2_LBA_END      ; Have we reached the last stage2 sector?
    jl .read_sector_loop        ;     If we haven't then read next sector

.stage2_loaded:
    mov ax, STAGE2_RUN_SEG      ; Set up the segments appropriate for Stage2 to run
    mov ds, ax
    mov es, ax

    ; FAR JMP to the Stage2 entry point at physical address 0x07e00
    xor ax, ax                  ; ES=FS=GS=0 (DS zeroed earlier)
    mov es, ax
    mov fs, ax
    mov gs, ax
    ; SS:SP is already at 0x0000:0x7c00, keep it that way
    ; DL still contains the boot drive number
    ; Far jump to second stage at 0x0000:0x7e00
    jmp STAGE2_RUN_SEG:STAGE2_RUN_OFS

.disk_error:
    xor ah, ah                  ; Int13h/AH=0 is drive reset
    int 0x13
    dec bp                      ; Decrease retry count
    jge .retry                  ; If retry count not exceeded then try again

error_end:
    ; Unrecoverable error; print drive error; enter infinite loop
    mov si, diskErrorMsg        ; Display disk error message
    call print_string
    cli
.error_loop:
    hlt
    jmp .error_loop

; Function: print_string
;           Display a string to the console on display page 0
;
; Inputs:   SI = Offset of address to print
; Clobbers: AX, BX, SI

print_string:
    mov ah, 0x0e                ; BIOS tty Print
    xor bx, bx                  ; Set display page to 0 (BL)
    jmp .getch
.repeat:
    int 0x10                    ; print character
.getch:
    lodsb                       ; Get character from string
    test al,al                  ; Have we reached end of string?
    jnz .repeat                 ;     if not process next character
.end:
    ret

;    Function: lba_to_chs
; Description: Translate Logical block address to CHS (Cylinder, Head, Sector).
;
;   Resources: http://www.ctyme.com/intr/rb-0607.htm
;              https://en.wikipedia.org/wiki/Logical_block_addressing#CHS_conversion
;              https://stackoverflow.com/q/45434899/3857942
;              Sector    = (LBA mod SPT) + 1
;              Head      = (LBA / SPT) mod HEADS
;              Cylinder  = (LBA / SPT) / HEADS
;
;      Inputs: SI = LBA
;     Outputs: DL = Boot Drive Number
;              DH = Head
;              CH = Cylinder (lower 8 bits of 10-bit cylinder)
;              CL = Sector/Cylinder
;                   Upper 2 bits of 10-bit Cylinders in upper 2 bits of CL
;                   Sector in lower 6 bits of CL
;
;       Notes: Output registers match expectation of Int 13h/AH=2 inputs
;
lba_to_chs:
    push ax                    ; Preserve AX
    mov ax, si                 ; Copy LBA to AX
    xor dx, dx                 ; Upper 16-bit of 32-bit value set to 0 for DIV
    div word [sectorsPerTrack] ; 32-bit by 16-bit DIV : LBA / SPT
    mov cl, dl                 ; CL = S = LBA mod SPT
    inc cl                     ; CL = S = (LBA mod SPT) + 1
    xor dx, dx                 ; Upper 16-bit of 32-bit value set to 0 for DIV
    div word [numHeads]        ; 32-bit by 16-bit DIV : (LBA / SPT) / HEADS
    mov dh, dl                 ; DH = H = (LBA / SPT) mod HEADS
    mov dl, [bootDevice]       ; boot device, not necessary to set but convenient
    mov ch, al                 ; CH = C(lower 8 bits) = (LBA / SPT) / HEADS
    shl ah, 6                  ; Store upper 2 bits of 10-bit Cylinder into
    or  cl, ah                 ;     upper 2 bits of Sector (CL)
    pop ax                     ; Restore scratch registers
    ret

; If not using a BPB (via bpb.inc) provide default Heads and SPT values
%ifndef WITH_BPB
numHeads:        dw 2          ; 1.44MB Floppy has 2 heads & 18 sector per track
sectorsPerTrack: dw 18
%endif

bootDevice:      db 0x00
diskErrorMsg:    db "Unrecoverable disk error!", 0

; Pad boot sector to 510 bytes and add 2 byte boot signature for 512 total bytes
TIMES 510-($-$$) db  0
dw 0xaa55

; Beginning of stage2. This is at 0x7E00 and will allow your stage2 to be 32.5KiB
; before running into problems. DL will be set to the drive number originally
; passed to us by the BIOS.

NUM_STAGE2_SECTORS equ (stage2_end-stage2_start+511) / 512
                                ; Number of 512 byte sectors stage2 uses.

stage2_start:
    ; Insert stage2 binary here. It is done this way since we
    ; can determine the size(and number of sectors) to load since
    ;     Size = stage2_end-stage2_start
    incbin "stage2.bin"

; End of stage2. Make sure this label is LAST in this file!
stage2_end:

; Fill out this file to produce a 1.44MB floppy image
TIMES 1024*1440-($-$$) db 0x00

kernel.c

extern void print_char(const char inchar);

void print_string(const char *string)
{
    while (*string)
        print_char(*string++);
}

void kmain(unsigned int drive_num)
{
    (void) drive_num;          /* Quiet compiler warning / unused variable */

    print_char('A');           /* Print A */
    print_char(13);            /* Print Carriage Return */
    print_char(10);            /* Print Line Feed */
    print_string("Hello, world!\r\nThis is a test!\r\n");

    return;
}

tty.asm

bits 16
global print_char

print_char:
    ; Removed the prologue and epilogue code as it isn't needed

    push bx         ; BX is non volatile register we need to save it
    mov ah, 0eh     ; set code for printing
    mov al, [esp+6] ; move char into al
    xor bx, bx      ; Ensure page 0 (BH = 0), BL is color if in graphics mode
    int 10h         ; call int 10h
    pop bx          
    o32 ret         ; We need to do a long return because the return address
                    ;     the C code put on the stack was a 4 byte return address.
                    ;     Failure to get this right can corrupt the stack

entry.asm

bits 16

extern kmain
extern __bss_start
extern __bss_sizel
global _start

; The linker script will place .text.entry before other sections.
section .text.entry

_start:
    ; DL - drive number we booted as
    xor ax, ax         ; DS=ES=SS=0 (CS was already set to 0)
    mov es, ax
    mov ds, ax
    mov ss, ax
    mov esp, 0x7c00-16 ; SS:SP is 0x0000:0x7c00 below the bootloader
                       ; Create stack space to pass drive number as parameter and
                       ;     ensure ESP is still 16 byte aligned before calling kmain
    finit              ; Initialize x87 FPU
    cld                ; Set Direction Flag (DF) is cleared (forward movement)
    sti                ; Enable interrupts

    ; Zero out the BSS memory area a DWORD at a time
    ; since the memory isn't guaranteed to already be zero
    xor eax, eax
    mov ecx, __bss_sizel
    mov edi, __bss_start
    rep stosd

    movzx edx, dl      ; Zero extend drive number to 32-bit value
    mov [esp], edx     ; Pass drive number as first parameter to kmain
    call dword kmain   ; We need to call C functions with `dword` so a 32-bit
                       ;     return address is on the stack 
    
.hltloop:              ; Infinite loop to end the kernel
    hlt
    jmp .hltloop

link.ld

OUTPUT_FORMAT(elf32-i386)

SECTIONS {
    . = 0x7e00;

    .text : SUBALIGN(4)
    {
        *(.text.entry)       /* Ensure .text.entry appears first */
        *(.text*)
        *(.rodata*)
        *(.data)
    }

    .bss : SUBALIGN(4) {
        __bss_start = .;
        *(COMMON)            /* all COMMON sections from all files */
        *(.bss)              /* all BSS sections from all files */
    }
    . = ALIGN(4);
    __bss_end = .;
    __bss_sizeb = __bss_end - __bss_start;       /* BSS size in bytes */
    __bss_sizel = (__bss_end - __bss_start) / 4; /* BSS size in longs/DWORDs */

    /DISCARD/ : {            /* Remove Unneeded sections */
        *(.eh_frame);
        *(.comment);
    }

    __end = .;
}

为了编译/组装/链接,您可以使用以下命令:

# Build kernel assembly files
nasm -f elf32 entry.asm -o entry.o
nasm -f elf32 tty.asm -o tty.o

# Compile the C files
gcc -c -Wall -Wextra -m16 -O3 -ffreestanding -fno-exceptions \
    -fno-asynchronous-unwind-tables -fno-pic kernel.c -o kernel.o

# Link the files to an 32-bit ELF executable using a linker script
ld  -Tlink.ld -melf_i386 -nostartfiles -nostdlib \
    tty.o entry.o kernel.o -o kernel.elf

# Convert the ELF executable to a binary file that can be loaded by the bootloader
objcopy -O binary kernel.elf stage2.bin

# Generate the bootloader/disk image
nasm -f bin boot.asm -o disk.img

您可以使用 QEMU 运行它:

qemu-system-i386 -fda disk.img

您可以使用 BOCHS 运行它:

bochs -qf /dev/null 'boot:floppy' \
    'floppya: type=1_44, 1_44="disk.img", status=inserted, write_protected=0'

我推荐使用 BOCHS 来调试实模式代码。运行时它应该输出类似于:

【讨论】:

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