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[ASM] AT&T assembly syntax

다솜돌이 Leave a comment

기본 형식

가장 큰 차이점은 operands의 순서이다.
Intel-syntax가 mnemonic destination, source 인데 반해, AT&T Syntax의 일반적인 형식은 다음과 같다.

mnemonic source, destination

레지스터

모든 IA-32 아키텍처의 레지스터 이름은 앞에 ‘%’가 붙는다.

mov %ax, %bx

위의 예제는 16비트 레지스터 AX로부터의 값을 16비트 레지스터 BX로 옮긴다.

상수 값

모든 상수 값들은 앞에 ‘$’가 붙는다.

mov $100, %bx
mov $A, %al

메모리 주소지정

AT&T 문법에서 메모리는 다음 방식으로 참조된다.

segment-override:signed-offset (base,index,scale)

일부는 생략 가능하다.

%es:100 (%eax,%ebx,2)

offset과 scale은 앞에 ‘$’가 붙으면 안된다.

GAS memory operand         NASM memory operand
------------------          -------------------

100                 [100]
%es:100                 [es:100]
(%eax)                  [eax]
(%eax,%ebx)             [eax+ebx]
(%ecx,%ebx,2)               [ecx+ebx*2]
(,%ebx,2)               [ebx*2]
-10(%eax)               [eax-10]
%ds:-10(%ebp)               [ds:ebp-10]

예제

mov    %ax,    100
mov %eax,   -100(%eax)

첫번째 예제는 ax 레지스터의 값을 (기본인) data segment 레지스터의 offset 100으로 옮기는 것이다.

두번째 예제는 eax 레지스터의 값을 [eax-100]으로 옮기는 것이다.

Operand 크기

상수 값을 메모리로 옮길 때, size-of-transfer나 operand-size를 지정할 필요가 있다. 다음 예제에서는 transfer size는 없고, 값 10을 메모리 offset 100으로 옮기는 것만 지정되어 있다.

mov    $10,    100

NASM에서는 캐스팅 키워드 byte / word / dword 등을 붙여서 이를 한다. AT&T 문법에서는 이를 instruction에 suffix b/w/l을 붙여서 한다. 예를 들면 다음은 byte 값 10을 [ea:eax] 위치로 옮긴다

movb   $10,    %es:(%eax)

다음은 long 값 10을 같은 위치로 옮긴다.

movl   $10,    %es:(%eax)

아래도 그 예제들이다.

movl   $100, %ebx
pushl   %eax
popw    %ax

제어를 넘기는 Instructions

jmp, call, ret 같은 instruction들은 프로그램의 한 곳에서 다른 곳으로 제어를 넘긴다. 이는 같은 코드 세그먼트 (near) 로 또는 다른 코드 세그먼트 (far) 로 제어를 넘길 수 있다. 가능한 브랜치 주소 지정 타입은 relative offset (label), register, memory oerand, 그리고 segment-offset pointers이다.

Relative offsets은 아래처럼 labels을 사용한다.

label1:
    .
    .
  jmp   label1

Register나 memory operands를 사용하는 브랜치 주소 지정은 ‘*’를 앞에 붙여야만 한다. “far” 제어 넘김을 지정하기 위해서는 ‘ljmp’, ‘lcall’ 등과 같이 ‘l’을 앞에 붙여야 한다. 다음이 그 예제이다.

GAS syntax         NASM syntax
==========          ===========

jmp *100            jmp  near [100]
call    *100            call near [100]
jmp *%eax           jmp  near eax
jmp *%ecx           call near ecx
jmp *(%eax)         jmp  near [eax]
call    *(%ebx)         call near [ebx]
ljmp    *100            jmp  far  [100]
lcall   *100            call far  [100]
ljmp    *(%eax)         jmp  far  [eax]
lcall   *(%ebx)         call far  [ebx]
ret             retn
lret                retf
lret $0x100         retf 0x100

Segment-offset pointers는 다음 형식을 사용해서 지정한다:

jmp    $segment, $offset

다음이 그 예제이다.

jmp    $0x10, $0x100000

더 자세한 GNU assembler에 대해서 더 자세히 알고 싶으면 문서를 참고하자.

 

참고: https://csiflabs.cs.ucdavis.edu/~ssdavis/50/att-syntax.htm

[ASM] IT Block

다솜돌이 Leave a comment

이게 ARM에만 관련된 것인지는 확실치 않다.

일단 ARM Compiler toolchain Assembler Reference에 IT instruction에 관한 설명(http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.dui0489c/Cjabicci.html)이 있다.

IT는 (If-Then) instuction을 말한다. 이름에서 알 수 있듯이, 분류는 Branch and control instruction 이다. IT instruction은 4개의 이어지는 instructions conditional로 구성되는데, 이를 IT block이라고 한다. 이들 condition은 모두 같을 수도, 일부는 다른 것들과 논리적으로 반대일 수도 있다. 이 instruction이 conditional flags를 바꾸지는 않는다.

IT{x{y{z}}} {cond} 로 쓰인다.

x는 그 IT block에서 두번째 instruction을 위한 condition switch, y는 세번째, z는 4번째, cond는 첫번째이다.

IT block의 2번째에서 4번째 instruction은 다음 중 하나일 수 있다:

T: Then. cond condition이 적용된다.

E: Else. cond의 반대 condition이 적용된다.

BKPT instruction을 제외한 IT block 안의 (branches를 포함하는) instrcution들은 {cond} 부분에 condition을 적어야 한다.

assembler가 뒤의 instruction에 적힌 condition에 따라 자동으로 생성해주므로, IT instrcution을 작성할 필요는 없다. IT instruction을 작성한다면, assembler가 그 validity를 체크한다.

ARM code를 assembling할 때 assembler가 같은 체크를 하지만, IT instrcution을 생성하지는 않는다.

CMP, CMN, TST를 제외한 condition code flags에 영향을 주지 않는 16-bit instrcution들은 IT blcok안에서 사용되어도 상관없다.

IT block 안의 BKPT instrcution은 언제나 실행되기 때문에 {cond} 부분 안에 condition은 필요없다. IT bock은 그 다음 instrcution부터 이어진다.

NOTE: AL condition을 사용함으로써 unconditional instruction을 위한 IT block을 사용할 수 있다.

IT block 안에서의 conditional branches는 IT block 밖에 있는 것보다 더 긴 branch range를 갖는다.

IT block 안에 다음 instruction들은 허용되지 않는다

  • IT
  • CBZ, CBNZ
  • TBB, TBH
  • CPS, CPSID, CPSIE
  • SETEND

IT block이 사용될 때 다른 제한은 다음과 같다.

  • PC를 바꾸는 branch나 다른 instrcution은 그 instruction이 그 block의 마지막 instruction일 때만 허용된다.
  • exception handler로부터 되돌아가기 전까지는 IT block 안의 어떤 instruction으로도 branch할 수 없다.
  • IT block 안에서 어떤 assembler directive도 사용할 수 없다.

NOTE: assembler는 IT block 안에서 이들 instruction들이 사용되면 disgnostic message를 출력한다.

Linux Kernel 의 Memory barrier 구현

다솜돌이 Leave a comment

Linux Kernel의 프로세스 상태 변경 매크로(set_task_state, set_current_state)를 살펴보다가 ARM 아키텍처에서 다음과 같이 구현된 것을 보았다.

include/linux/sched.h

#define set_task_state(tsk, state_value)        \
    set_mb((tsk)->state, (state_value))
#define set_current_state(state_value)        \
    set_mb(current->state, (state_value))

set_mb 매크로는 시스템마다 다르게 구현되어 있는데 ARM 쪽을 따라가보면 다음과 같이 쓰여져 있다.

arch/arm/include/asm/system.h

#define dmb() __asm__ __volatile__ (“” : : : “memory”)

#define smp_mb()    dmb()

#define set_mb(var, value)    do { var = value; smp_mb(); } while (0)

do-while-0 구문에 대해서는 이 글을 참고하도록 하고, memory barrier에 대해서는 이 글을 참고하라. dmb() 의 inline assembly의 구조와 설명은 이 글을 참고하자.

참고된 글을 정리하자면, 명령이 R, W, R, W, R, W 순으로 사용된다면, 이를 하드웨어 혹은 소프트웨어 적으로 R, R, R, W, W, W 순으로 배열하는 등의 최적화를 할 수 있는데, 이 때 명령의 순서를 보장해 주는 역할로써 Memory barrier 라는 것을 구현해서 사용한다. 이는 하드웨어적으로 혹은 소프트웨어적으로 구현되는데 하드웨어적인 방법은 CPU 자체의 명령으로 구현되는 등의 방법이 사용될 수 있고, 소프트웨어적으로 구현될 때 위와 같이 구현될 수 있다.
위 구문은 gcc inline assembly의 확장으로 clobber list에 “memory”를 적어넣어 해당 명령(“” – 아무 명령도 수행하지 않음)을 수행한 후에 변경되는 것이 메모리 타입 저장장치(모든 레지스터, 모든 플래그, 모든 메모리)임을 나타낸다. gcc는 이럴경우 __asm__ __volatile__(“”: : :”memory”) 경계를 넘어가는 최적화 또는 instruction scheduling을 수행하지 않기 때문에 __asm__ __volatile__(“”: : :”memory”)를 사용하면 이전 코드의 수행 완료를 보장할 수 있고 이후 코드가 __asm__ __volatile__(“”: : :”memory”) 이전에 수행되는것을 방지 할수 있다. 별개로 volatile의 경우 읽기 연산에서 메모리에서 한번 읽어온 데이터를 레지스터에 저장해서 사용하는 것이 아닌 사용할 때마다 메모리 참조를 통해 가져오도록 한다.