L assembler 80x86. Corso di Calcolatori Elettronici II Prof. Giulio Iannello

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1 L assembler 80x86 Corso di Calcolatori Elettronici II Prof. Giulio Iannello 6OLGHDFXUDGL6LPRQ3LHWUR5RPDQR Dipartimento di Informatica e Sistemistica Università degli Studi di Napoli Federico II

2 I sottoprogrammi: roadmap L utilizzo delle subroutine per la realizzazione di programmi modulari Scambio di informazioni tra programma chiamante e programma chiamato» &DOOLQJFRQYHQWLRQV» Come interfacciare programmi assembler e programmi C 6WDQGDUG&FDOOLQJFRQYHQWLRQV Esempi pratici con QHWZLGH DVVHPEOHU

3 L ind irizzam ento ind iretto in assem bler I registri funzionano da SXQWDWRUL Notazione:» Il registro è racchiuso tra parentesi quadre: >5HJ@ Esempi: mov ax, [Data] ; normal direct memory addressing of a word mov ebx, Data ; ebx = & Data mov ax, [ebx] ; ax = *ebx La terza istruzione legge una parola, a partire dall indirizzo memorizzato in HE[

4 Registri com e puntatori Ciò a cui punta un registro è determinato esclusivamente dall istruzione adoperata» I registri non hanno un WLSR a differenza delle variabili nei linguaggi di alto livello» E compito esclusivo del programmatore assicurarsi che l utilizzo del registro come puntatore sia corretto In assembly 80x86, tutti i registri JHQHUDOSXUSRVHa 32 bit ($;(%;(&;(';, nonché i registri indice (6, (',, possono essere usati con l indirizzamento indiretto

5 Chiamata a sottoprogramma Un sottoprogramma è un unità di codice indipendente, che può essere richiamata da diverse parti di un medesimo programma Una semplice tecnica per l invocazione di sottoprogrammi fa uso dei salti:» Dovendo funzionare in generale, è necessario fare in modo che il sottoprogramma possa essere richiamato da diversi punti all interno del programma chiamante: il ritorno dal sottoprogramma non può fare riferimento ad una etichetta prefissata» Si utilizza la IRUPDLQGLUHWWD dell istruzione MPS Il valore di ritorno è contenuto in un registro, al quale si accede tramite indirizzamento indiretto

6 Un semplice sottoprogramma JHWBLQW usa una semplice convenzione:» HE[contiene l indirizzo della double word da memorizzare» HF[contiene l indirizzo dell istruzione del programma chiamante a cui fare ritorno ; subprogram get_int ; Parameters: ; ebx - address of dword to store integer into ; ecx - address of instruction to return to ; Notes: ; value of eax is destroyed get_int: call read_int mov [ebx], eax ; store input into memory jmp ecx ; jump back to caller

7 Il programma principale (1/ 4 ) %include "asm_io.inc" segment.data prompt1 db "Enter a number: ", 0 prompt2 db "Enter another number: ", 0 outmsg1 db "You entered ", 0 outmsg2 db " and ", 0 outmsg3 db ", the sum of these is ", 0 segment.bss ; These labels refer to double words used to store the inputs input1 resd 1 input2 resd 1

8 Il programma principale (2/ 4 ) segment.text global asm_main asm_main: enter 0,0 ; setup routine pusha 1%FKLDPDWDDJHWBLQW mov eax, prompt1 ; print out prompt call print_string ret1: mov ebx, input1 ; store address of input1 in ebx mov ecx, ret1 ; store return address into ecx jmp short get_int ; read integer mov eax, prompt2 ; print out prompt call print_string

9 Il programma principale (3/ 4 ) 1%LQGLUL]]RGLULWRUQR mov ebx, input2 mov ecx, $ + 7 ; ecx = this address + 7 jmp short get_int mov eax, [input1] ; eax = dword at input1 add eax, [input2] ; eax += dword at input2 mov ebx, eax ; ebx = eax ; next print out result message as series of steps mov eax, outmsg1 call print_string ; print out first message mov eax, [input1] call print_int ; print out input1 mov eax, outmsg2 call print_string ; print out second message

10 Il programma principale (4/ 4 ) mov eax, [input2] call print_int ; print out input2 mov eax, outmsg3 call print_string ; print out third message mov eax, ebx call print_int ; print out sum (ebx) call print_nl ; print new-line popa mov eax, 0 ; return back to C leave ret

11 Un estratto del file di OLVWLQJ %$ BB[ ] mov ebx, input A B9[ ] mov ecx, $ F EB53 jmp short get_int A1[ ] mov eax, [input1] [ ] add eax, [input2] C 89C3 mov ebx, eax......

12 Consid erazioni Con la tecnica esposta sono possibili due alternative:» Definire un etichetta per ogni chiamata a sottoprogramma: Es: UHW nell esempio precedente» Calcolare DSULRUL l indirizzo dell istruzione cui fare ritorno: Es: nell esempio precedente Entrambi i metodi sono poco eleganti:» Una soluzione migliore è rappresentata dall utilizzo dello VWDFN

13 Lo stack Una lista /DVW,Q)LUVW2XWmessa a disposizione del programmatore assembler Contenuta nella memoria Una struttura dati su cui sono definite due operazioni:» Inserimento: SXVK» Estrazione: SRS Il registro 666WDFN 6HJPHQW specifica il segmento che contiene lo stack (solitamente lo stesso segmento in cui sono contenuti i dati) Il registro (636WDFN 3RLQWHUcontiene l indirizzo del dato situato in cima allo stack

14 Push e Pop Push:» Inserisce una double word nello stack Sottrae 4 da (63 Memorizza la double word all indirizzo contenuto in (63 ( >(63@ Pop:» Legge la double word memorizzata in >(63@» Aggiunge 4 ad (63 Nell 80x86 esistono le istruzioni:» SXVKDSXVKDOO salva sullo stack il contenuto dei registri ($;(%;(&;(';(6,(', HG(%3» SRSD SRSDOO Ripristina il valore di tali registri

15 Le istru zioni FDOOe UHW Utilizzate per semplificare la chiamata a sottoprogrammi con l ausilio dello stack» FDOO Salva sullo stack SXVK l indirizzo dell istruzione di ritorno Effettua un salto incondizionato ad un sottoprogramma» UHW Preleva un indirizzo dallo stack Salta all indirizzo prelevato

16 Utilizzo di FDOO e UHW Nel programma dell esempio precedente:» Il blocco del programma chiamante mov ebx, input1 ; store address of input1 in ebx mov ecx, ret1 ; store return address into ecx jmp short get_int ; read integer è sostituito da: mov ebx, input1 ; store return address into ecx call get_int ; read integer» La subroutine diventa: get_int: call read_int mov [ebx], eax ; store input into memory ret

17 Vantaggi nell u tilizzo d ello stack Semplicità Possibilità di innestare le chiamate di procedura:» Es: JHWBLQWnel nostro esempio chiama UHDGBLQW» Ciò è reso possibile dalla proprietà LIFO dello stack: UHDGBLQWal termine della propria esecuzione, restituisce il controllo a JHWBLQW, il cui indirizzo era stato salvato sullo stack; JHWBLQWa sua volta, restituisce il controllo al programma chiamante, il cui indirizzo di ritorno è stato anch esso salvato sullo stack» Tale principio di funzionamento è anche alla base della ricorsione

18 Calling conventions (1/ 2) C è bisogno di accordo tra programma chiamante e programma chiamato, riguardo alle convenzioni utilizzate per lo scambio di informazioni Ciò resta valido qualora si voglia far interagire codice in linguaggio ad alto livello con codice assembly Le convenzioni di chiamata possono variare in funzione:» del compilatore utilizzato» Delle opzioni di compilazione utilizzate Una convenzione XQLYHUVDOPHQWH valida fa riferimento all utilizzo delle istruzioni FDOOe UHW

19 Calling conventions (2/ 2) Tutti i compilatori per PC supportano una convenzione di chiamata che consente di creare sottoprogrammi cosiddetti UHHQWUDQW Un sottoprogramma UHHQWUDQWpuò essere invocato da qualsiasi punto di un programma chiamante (al limite anche se stesso) Per che ciò sia possibile, è necessario che il passaggio dei parametri avvenga tramite lo stack

20 Parametri sullo stack I parametri sono inseriti nello stack prima della chiamata a sottoprogramma FDOO Nel caso di parametri il cui valore debba essere alterato dal sottoprogramma, è necessario salvare sullo stack gli indirizzi dei dati SDVVDJJLRSHUULIHULPHQWR Se la dimensione di un parametro è inferiore ad una GRXEOHZRUG, è necessaria una conversione prima di effettuare l inserimento nello stack

21 Accesso ai parametri sullo stack I parametri inseriti nello stack non vengono rimossi dal sottoprogramma, ma l accesso ad essi avviene direttamente sullo stack:» Dato che essi vengono inseriti nello stack prima dell esecuzione dell istruzione FDOO, per estrarli sarebbe necessario effettuare, preliminarmente, un SRSdallo stack dell indirizzo di ritorno (che andrebbe, in seguito, nuovamente inserito)» Lasciando i parametri sullo stack, è possibile accedere ad essi da diverse parti del sottoprogramma, evitando di occupare registri dedicati, o locazioni di memoria

22 L utilizzo del registro (%3 Se lo stack è utilizzato anche per memorizzare dati locali del sottoprogramma, diventa necessario gestire la zona dello stack associata al sottoprogramma stesso (nota come IUDPH) Per fare riferimento ai dati sullo stack, ogni sottoprogramma utilizza il registro (%3» Prima di utilizzarlo, il sottoprogramma salva il valore corrente di (%3 sullo stack» Subito dopo, il nuovo valore di EBP viene fissato all attuale valore dello stack pointer (63» Ciò consente ad (63 di cambiare in seguito all inserimento (o prelievo) di ulteriori dati, mentre (%3 resta fisso e può essere utilizzato come riferimento» Alla fine dell esecuzione, il valore precedente di (%3(salvato sullo stack) viene ripristinato

23 Prologo ed Epilogo Prologo: push ebp ; save original EBP value on stack mov ebp, esp ; new EBP = ESP Epilogo: pop ebp ; restore original EBP value ret

24 Rimozione dei parametri dallo stack In seguito all esecuzione si un sottoprogramma, i parametri devono essere eliminati dallo stack:» Le convenzioni C specificano che è compito del programma chiamante rimuovere i parametri dallo stack» Questo semplifica la realizzazione di funzioni con numero variabile di parametri (tipo SULQWIe VFDQI)» Altri linguaggi impongono che sia il sottoprogramma ad occuparsi della pulizia dello stack al termine dell esecuzione La rimozione dei parametri è effettuata semplicemente aggiungendo un offset opportuno allo stack pointer» In alternativa si potrebbe utilizzare l istruzione SRSla quale comunque richiede che il valore estratto sia salvato in un registro

25 Rimozione dei parametri dallo stack Un esempio:» Un programma che chiama un sottoprogramma, passandogli un parametro sullo stack push dword 1 ; pass 1 as parameter call fun add esp, 4 ; remove parameter from stack

26 Un esempio completo Un programma principale e due sottoprogrammi che utilizzano le convenzioni del C per lo scambio di informazioni Tutti contenuti in unico modulo (cioè un unico file) Utilizzo di più segmenti GDWDe WH[W» Combinati in unico segmento GDWD ed un unico segmento WH[Wdurante il processo di linking Pseudocodice: i = 1; sum = 0; while( get_int(i, &input), input!= 0 ) { sum += input; i++; } print_sum(num);

27 Il program m a principale (1/ 2) segment.text global asm_main asm_main: enter 0,0 ; setup routine pusha mov edx, 1 ; edx is i in pseudo-code while_loop: push edx ; save i on stack push dword input ; push address of input on stack call get_int add esp, 8 ; remove i and &input from stack mov eax, [input] cmp eax, 0 je end_while

28 Il programma principale (2/ 2) add [sum], eax ; sum += input inc edx jmp short while_loop end_while: push dword [sum] ; push value of sum onto stack call print_sum pop ecx ; remove [sum] from stack popa leave ret

29 La subroutine get_int segment.data prompt db ") Enter an integer number (0 to quit): ", 0 segment.text get_int: push ebp mov ebp, esp 3URORJR mov eax, [ebp + 12] call print_int mov eax, prompt call print_string (SLORJR call read_int mov ebx, [ebp + 8] mov [ebx], eax ; store input into memory pop ret ebp ; jump back to caller

30 La subroutine print_sum segment.data result db "The sum is ", 0 segment.text print_sum: push ebp mov ebp, esp mov eax, result call print_string mov eax, [ebp+8] call print_int call print_nl (SLORJR 3URORJR pop ret ebp

31 L immagine dello stack (63 (%3 2OG(%3 2OG(%3 (63 2OG(%3 5(7 2OG(%3 5(7 (63 5(7 5(7,1387,1387 (%3 (63,1387 (';,1387 ('; (%3 (63 ('; (';