ATPCS 规则简介

ATPCS = ARM-Thumb Procedure Call Standard

为了使单独编译的C语言程序和汇编程序之间能够相互调用,必须为子程序之间的调用规定一定的规则.ATPCS就是ARM程序和THUMB程序中子程序调用的基本规则。

基本ATPCS规定了在子程序调用时的一些基本规则，包括下面3方面的内容：

1. 各寄存器的使用规则及其相应的名称。
2. 数据栈的使用规则。
3. 参数传递的规则。

1、寄存器的使用必须满足下面的规则：

1. 子程序间通过寄存器R0一R3来传递参数，这时，寄存器R0～R3可以记作A1-A4。被调用的子程序在返回前无需恢复寄存器R0～R3的内容。
2. 在子程序中，使用寄存器R4～R11来保存局部变量．这时，寄存器 R4 ～ R11可以记作V1 ～ V8。如果在子程序中使用到了寄存器V1～V8中的某些寄存器，子程序进入时必须保存这些寄存器的值，在返回前必须恢复这些寄存器的值；对于子程序中没有用到的寄存器则不必进行这些操作。在Thumb程序中，通常只能使用寄存器R4～R7来保存局部变量。
3. 寄存器R12用作过程调用时的临时寄存器（用于保存SP，在函数返回时使用该寄存器出栈）， 记作ip。在子程序间的连接代码段中常有这种使用规则。
4. 寄存器R13用作数据栈指针，记作sp。在子程序中寄存器R13不能用作其他用途。寄存器sp在进入子程序时的值和退出子程序时的值必须相等。
5. 寄存器R14称为连接寄存器，记作lr。它用于保存子程序的返回地址。如果在子程序中保存了返回地址，寄存器R14则可以用作其他用途。
6. 寄存器R15是程序计数器，记作pc。它不能用作其他用途。

ATPCS下ARM寄存器的命名：

2、堆栈使用规则：

ATPCS规定堆栈为FD类型，即满递减堆栈。并且堆栈的操作是8字节对齐。

而对于汇编程序来说,如果目标文件中包含了外部调用,则必须满足以下条件:

1. 外部接口的数据栈一定是8位对齐的，也就是要保证在进入该汇编代码后,直到该汇编程序调用外部代码之间,数据栈的栈指针变化为偶数个字;
2. 在汇编程序中使用PRESERVE8伪操作告诉连接器,本汇编程序是8字节对齐的.

3、参数的传递规则：

根据参数个数是否固定,可以将子程序分为参数个数固定的子程序和参数个数可变的子程序.这两种子程序的参数传递规则是不同的.

3.1 参数个数可变的子程序参数传递规则

对于参数个数可变的子程序,当参数不超过4个时,可以使用寄存器R0~R3来进行参数传递,当参数超过4个时,还可以使用数据栈来传递参数.
在参数传递时,将所有参数看做是存放在连续的内存单元中的字数据。然后,依次将各名字数据传送到寄存器R0,R1,R2,R3; 如果参数多于4个,将剩余的字数据传送到数据栈中,入栈的顺序与参数顺序相反,即最后一个字数据先入栈.
按照上面的规则,一个浮点数参数可以通过寄存器传递,也可以通过数据栈传递,也可能一半通过寄存器传递，另一半通过数据栈传递.

3.2 参数个数固定的子程序参数传递规则

对于参数个数固定的子程序,参数传递与参数个数可变的子程序参数传递规则不同,如果系统包含浮点运算的硬件部件。
浮点参数将按照下面的规则传递:

1. 各个浮点参数按顺序处理;
2. 为每个浮点参数分配FP寄存器;

分配的方法是,满足该浮点参数需要的且编号最小的一组连续的FP寄存器.第一个整数参数通过寄存器R0~R3来传递,其他参数通过数据栈传递.

3.3 子程序结果返回规则

1. 结果为一个32位的整数时,可以通过寄存器R0返回.
2. 结果为一个64位整数时,可以通过R0和R1返回，依此类推.
3. 结果为一个浮点数时,可以通过浮点运算部件的寄存器f0,d0或者s0来返回.
4. 结果为一个复合的浮点数时,可以通过寄存器f0-fN或者d0~dN来返回.
5. 对于位数更多的结果,需要通过调用内存来传递.

扩展知识：ATPCS和AAPCS

[参考文献]

1. https://blog.csdn.net/tianxiawuzhei
2. https://blog.csdn.net/andrewgithub