ARM32汇编执行至第9行时SP寄存器值求解问题

问题描述 #

初始栈顶地址为0x00000000，从第一行开始执行下方ARM32汇编代码，请问执行第9行语句时，SP寄存器中的值是多少？

选项 #

• 1. 0x00000000
• 2. 0xFFFFFFF8
• 3. 0xFFFFFFFC

汇编代码（修正语法错误后） #

1) start:        bl subroutine1 
2) end
3) subroutine1:  str lr, [sp, #−4]!
4)               mov r0,#2
5)               mov r1,#4
6)               bl subroutine2
7)               ldr pc,[sp],#4
8) subroutine2:  str lr, [sp, #−4]!  // 原代码此处缺失str指令，属于语法错误
9)               cmp r0,#0
10)              beq subroutine2_end 
11)              mov r2,r0
12)              mov r0,#0
13) loop:         add r0, r0, r1, lsl #1
14)              subs r2, r2, #1
15)              bne loop
16) subroutine2_end: ldr pc, [sp], #4

分析与计算 #

首先修正原代码的语法错误：第8行必须是str lr, [sp, #−4]!，否则无法完成栈存储操作。接下来逐步跟踪SP的变化：

1. 初始状态：SP = 0x00000000
2. 执行第3行str lr, [sp, #−4]!：这是ARM的前变址指令，先将SP减去4（0x00000000 - 4 = 0xFFFFFFFC），再把LR的值存入更新后的SP指向的地址。此时SP = 0xFFFFFFFC
3. 执行第6行bl subroutine2：BL指令会自动将下一条指令（第7行）的地址写入LR，然后跳转到subroutine2入口，此操作不修改SP
4. 执行第8行修正后的str lr, [sp, #−4]!：再次执行前变址操作，SP再减4（0xFFFFFFFC - 4 = 0xFFFFFFF8），然后存储LR的值。此时SP = 0xFFFFFFF8
5. 接下来进入第9行cmp r0,#0，此时SP寄存器的值就是0xFFFFFFF8

对两种思路的纠正 #

• “SP为保留寄存器，子程序不应修改”：这个理解错误。在ARM的调用规范（如APCS/AAPCS）中，SP作为栈指针寄存器，子程序可以合法修改它来保存返回地址、分配局部变量栈空间，只要在返回前恢复到调用前的状态即可。
• “栈需按4的倍数递减，但结果不在选项中”：栈确实要求4字节对齐（ARM32的强制对齐要求），我们的计算中每次SP减4，完全符合对齐规则，最终结果0xFFFFFFF8是选项2，属于有效选项。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user22051194