c - LPC810 - 为什么机器代码不能从闪存中的 uint8_t 数组执行？

Question

我正在为 NXP LPC810 微 Controller 编写嵌入式 C/汇编代码(只是一个业余项目)。

我有一个函数 fn。我还在 uint8_t 数组中有一个该函数机器代码的精确副本。 (我已经检查了十六进制文件。)

我创建了一个函数指针 fnptr，其类型与 fn 相同，并使用强制转换将其指向数组。

所有交叉编译都没有警告。

当 MCU 执行 fn 时，它会正常工作。

当 MCU 执行 fnptr 时崩溃(我看不到任何调试，因为只有 8 个引脚，都在使用中)。

代码与位置无关。

该数组具有正确的 4 字节对齐方式。

fn 位于 elf 文件的 .text 部分。

数组被强制放入 elf 文件的 .text 部分(仍在闪存中，而不是 RAM)。

我假设在这样一个基本的 Coretex M0+ MCU 上没有类似 NX 的功能。 (Cortex M3 和 M4 确实有某种形式的代码只读内存保护。)

是否还有其他原因导致数组中的机器码不起作用？

---

更新:

代码如下:

#include "stdio.h"
#include "serial.h"

extern "C" void SysTick_Handler() {
  // generate an interrupt for delay
}

void delay(int millis) {
    while (--millis >= 0) {
        __WFI(); // wait for SysTick interrupt
    }
}

extern "C" int fn(int a, int b) {
    return a + b;
}

/* arm-none-eabi-objdump -d firmware.elf
00000162 <fn>:
 162:   1840        adds    r0, r0, r1
 164:   4770        bx  lr
 166:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
*/
extern "C" const uint8_t machine_code[6] __attribute__((aligned (4))) __attribute__((section (".text"))) = {
0x40,0x18,
0x70,0x47,
0xc0,0x46
};

int main() {
    LPC_SWM->PINASSIGN0 = 0xFFFFFF04UL;
    serial.init(LPC_USART0, 115200);

    SysTick_Config(12000000/1000); // 1ms ticks
    int(*fnptr)(int a, int b) = (int(*)(int, int))machine_code;

    for (int a = 0; ; a++) {
        int c = fnptr(a, 1000000);
        printf("Hello world2 %d.\n", c);
        delay(1000);
    }
}

下面是 arm-none-eabi-objdump -D -Mforce-thumb firmware.elf 的反汇编输出:

00000162 <fn>:
 162:   1840        adds    r0, r0, r1
 164:   4770        bx  lr
 166:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)

00000168 <machine_code>:
 168:   1840        adds    r0, r0, r1
 16a:   4770        bx  lr
 16c:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)
 16e:   46c0        nop         ; (mov r8, r8)

00000170 <main>:
...

Answer 1

我修改了代码以通过函数指针调用原始 fn，以便能够生成希望接近相同的工作和非工作汇编代码。

machine_code 变得更长了，因为我现在没有使用优化 (-O0)。

#include "stdio.h"
#include "serial.h"

extern "C" void SysTick_Handler() {
  // generate an interrupt for delay
}

void delay(int millis) {
    while (--millis >= 0) {
        __WFI(); // wait for SysTick interrupt
    }
}

extern "C" int fn(int a, int b) {
    return a + b;
}

/*
000002bc <fn>:
 2bc:   b580        push    {r7, lr}
 2be:   b082        sub sp, #8
 2c0:   af00        add r7, sp, #0
 2c2:   6078        str r0, [r7, #4]
 2c4:   6039        str r1, [r7, #0]
 2c6:   687a        ldr r2, [r7, #4]
 2c8:   683b        ldr r3, [r7, #0]
 2ca:   18d3        adds    r3, r2, r3
 2cc:   1c18        adds    r0, r3, #0
 2ce:   46bd        mov sp, r7
 2d0:   b002        add sp, #8
 2d2:   bd80        pop {r7, pc}
*/
extern "C" const uint8_t machine_code[24] __attribute__((aligned (4))) __attribute__((section (".text"))) = {
0x80,0xb5,
0x82,0xb0,
0x00,0xaf,
0x78,0x60,
0x39,0x60,
0x7a,0x68,
0x3b,0x68,
0xd3,0x18,
0x18,0x1c,
0xbd,0x46,
0x02,0xb0,
0x80,0xbd
};

int main() {
    LPC_SWM->PINASSIGN0 = 0xFFFFFF04UL;
    serial.init(LPC_USART0, 115200);

    SysTick_Config(12000000/1000); // 1ms ticks

    int(*fnptr)(int a, int b) = (int(*)(int, int))fn;
    //int(*fnptr)(int a, int b) = (int(*)(int, int))machine_code;

    for (int a = 0; ; a++) {
        int c = fnptr(a, 1000000);
        printf("Hello world2 %d.\n", c);
        delay(1000);
    }
}

我编译了上面的代码，通过取消注释 //int(*fnptr)(int a , int b) = (int(*)(int, int))machine_code;(并注释掉上面的行)。

第一个代码 (fn) 有效，第二个代码 (machine_code) 崩溃了。

fn 的文本和 machine_code 中的代码是相同的:

000002bc <fn>:
 2bc:   b580            push    {r7, lr}
 2be:   b082            sub     sp, #8
 2c0:   af00            add     r7, sp, #0
 2c2:   6078            str     r0, [r7, #4]
 2c4:   6039            str     r1, [r7, #0]
 2c6:   687a            ldr     r2, [r7, #4]
 2c8:   683b            ldr     r3, [r7, #0]
 2ca:   18d3            adds    r3, r2, r3
 2cc:   1c18            adds    r0, r3, #0
 2ce:   46bd            mov     sp, r7
 2d0:   b002            add     sp, #8
 2d2:   bd80            pop     {r7, pc}

000002d4 <machine_code>:
 2d4:   b580            push    {r7, lr}
 2d6:   b082            sub     sp, #8
 2d8:   af00            add     r7, sp, #0
 2da:   6078            str     r0, [r7, #4]
 2dc:   6039            str     r1, [r7, #0]
 2de:   687a            ldr     r2, [r7, #4]
 2e0:   683b            ldr     r3, [r7, #0]
 2e2:   18d3            adds    r3, r2, r3
 2e4:   1c18            adds    r0, r3, #0
 2e6:   46bd            mov     sp, r7
 2e8:   b002            add     sp, #8
 2ea:   bd80            pop     {r7, pc}

000002ec <main>:
...

调用代码的唯一区别是调用代码的位置:

$ diff firmware.fn.bin.xxd firmware.machine_code.bin.xxd
54c54
< 0000350: 0040 0640 e02e 0000 bd02 0000 4042 0f00  .@.@........@B..
---
> 0000350: 0040 0640 e02e 0000 d402 0000 4042 0f00  .@.@........@B..

第二个地址d402是machine_code数组的地址。

奇怪的是，第一个地址 bd02 是一个小端奇数(d 是十六进制的奇数)。

fn的地址是02bc(大端是bc02)，所以指向fn的指针是不是 fn 的地址，而是fn 的地址加一(或设置了低位)。

将代码更改为:

...

int main() {
    LPC_SWM->PINASSIGN0 = 0xFFFFFF04UL;
    serial.init(LPC_USART0, 115200);

    SysTick_Config(12000000/1000); // 1ms ticks

    //int(*fnptr)(int a, int b) = (int(*)(int, int))fn;
    int machine_code_addr_low_bit_set = (int)machine_code | 1;
    int(*fnptr)(int a, int b) = (int(*)(int, int))machine_code_addr_low_bit_set;

    for (int a = 0; ; a++) {
        int c = fnptr(a, 1000000);
        printf("Hello world2 %d.\n", c);
        delay(1000);
    }
}

让它发挥作用。

---

谷歌搜索，我发现:

切换机制利用了所有指令必须(至少)半字对齐的事实，这意味着分支目标地址的位 [0] 是冗余的。因此，该位可以重新用于指示该地址处的目标指令集。 Bit[0] 设置为 0 表示 ARM，bit[0] 设置为 1 表示 Thumb。

关于 http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.faqs/ka12545.html

---

tl;博士

在 ARM Thumb 上将数据作为代码执行时，需要设置函数指针的低位。