ARM的FP寄存器
理論上來(lái)說(shuō)，ARM的15個(gè)通用寄存器是通用的，但實(shí)際上并非如此，特別是在過(guò)程調(diào)用的過(guò)程中。
PCS(Procedure Call Standard for Arm architecture)就定義了過(guò)程調(diào)用中，寄存器的特殊用途。
Role in the procedure call standard
r15 PC The Program Counter.
r14 LR The Link Register.
r13 SP The Stack Pointer.
r12 IP The Intra-Procedure-call scratch register. （可簡(jiǎn)單的認(rèn)為暫存SP）
實(shí)際上，還有一個(gè)r11是optional的，被稱為FP，即frame pointer。
1，stack frame
stack我們都知道，每一個(gè)進(jìn)程都有自己的棧。考慮進(jìn)程執(zhí)行時(shí)發(fā)生函數(shù)調(diào)用的場(chǎng)景，母函數(shù)和子函數(shù)使用的是同一個(gè)棧，在通常的情況下，我們并不需要區(qū)分母函數(shù)和子函數(shù)分別使用了棧的哪個(gè)部分。但是，當(dāng)我們需要在執(zhí)行過(guò)程中對(duì)函數(shù)調(diào)用進(jìn)行backtrace的時(shí)候，這一信息就很重要了。
簡(jiǎn)單的說(shuō)，stack frame就是一個(gè)函數(shù)所使用的stack的一部分，所有函數(shù)的stack frame串起來(lái)就組成了一個(gè)完整的棧。stack frame的兩個(gè)邊界分別由FP和SP來(lái)限定。
?
2，backtrace
在程序執(zhí)行過(guò)程中（通常是發(fā)生了某種意外情況而需要進(jìn)行調(diào)試），通過(guò)SP和FP所限定的stack frame，就可以得到母函數(shù)的SP和FP，從而得到母函數(shù)的stack frame（PC，LR，SP，FP會(huì)在函數(shù)調(diào)用的第一時(shí)間壓棧），以此追溯，即可得到所有函數(shù)的調(diào)用順序。
3，gcc關(guān)于stack frame的優(yōu)化選項(xiàng)
看起來(lái)FP只是在backtrace的時(shí)候有用，所以如果我們沒(méi)有backstrace的需求，我們是否可以不使用FP。
其實(shí)gcc就有一個(gè)關(guān)于stack frame的優(yōu)化選項(xiàng)：
-fomit-frame-pointer
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Don't keep the frame pointer in a register for functions that don't need one. This avoids the instructions to save, set up and restore frame pointers; it also makes an extra register available in many functions. It also makes debugging impossible on some machines.
On some machines, such as the VAX, this flag has no effect, because the standard calling sequence automatically handles the frame pointer and nothing is saved by pretending it doesn't exist. The machine-description macro "FRAME_POINTER_REQUIRED" controls whether a target machine supports this flag.
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這里引用別人關(guān)于這一參數(shù)的實(shí)驗(yàn)，自己就不做了。
從實(shí)驗(yàn)可以看出，優(yōu)化后的差別是相當(dāng)明顯的。當(dāng)然，具體能帶來(lái)多大的性能提升，不好界定。
另外，x86中EBP寄存器相當(dāng)于ARM中的FP寄存器。
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?
環(huán)境：X86+RedHat 9.0，gcc 3.2.2
源文件如下：
$ cat test.c
void a(unsigned long a, unsigned int b)
{
unsigned long i;
unsigned int j;
i = a;
j = b;
i++;
j += 2;
}
默認(rèn)編譯選項(xiàng)：
$ gcc -c test.c -o with_SFP.o
反匯編后是這個(gè)樣子：
$ objdump -D with_SFP.o
with_SFP.o: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
00000000 <a>:
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp
3: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
6: 8b 45 08 mov 0x8(%ebp),%eax
9: 89 45 fc mov %eax,0xfffffffc(%ebp)
c: 8b 45 0c mov 0xc(%ebp),%eax
f: 89 45 f8 mov %eax,0xfffffff8(%ebp)
12: 8d 45 fc lea 0xfffffffc(%ebp),%eax
15: ff 00 incl (%eax)
17: 8d 45 f8 lea 0xfffffff8(%ebp),%eax
1a: 83 00 02 addl $0x2,(%eax)
1d: c9 leave
1e: c3 ret
Disassembly of section .data:
可以看到函數(shù)ENTER時(shí)首先把上一層函數(shù)的EBP入棧，設(shè)置本函數(shù)的EBP，然后會(huì)根據(jù)臨時(shí)變量的數(shù)量和對(duì)齊要求去設(shè)置ESP，也就產(chǎn)生了函數(shù)的stack frame。
我們?cè)倏纯春瘮?shù)的返回："leave"指令相當(dāng)于"mov %ebp,%esp;pop %ebp",也就是ENTER是兩條指令的恢復(fù)過(guò)程，所以，后面的"ret"指令和"call"指令對(duì)應(yīng)。
這里backtrace就可以根據(jù)現(xiàn)有函數(shù)EBP指針得知上一個(gè)函數(shù)的EBP----棧底再往上保存著上一個(gè)函數(shù)的EBP和EIP，然后就可以得知函數(shù)調(diào)用的路徑。
SFP是可以在編譯時(shí)候優(yōu)化掉的，用"-fomit-frame-pointer"選項(xiàng)
編譯：
$ gcc -fomit-frame-pointer -c test.c -o no_SFP.o
$ objdump -D no_SFP.o
no_SFP.o: file format elf32-i386
Disassembly of section .text:
00000000 <a>:
0: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
3: 8b 44 24 0c mov 0xc(%esp,1),%eax
7: 89 44 24 04 mov %eax,0x4(%esp,1)
b: 8b 44 24 10 mov 0x10(%esp,1),%eax
f: 89 04 24 mov %eax,(%esp,1)
12: 8d 44 24 04 lea 0x4(%esp,1),%eax
16: ff 00 incl (%eax)
18: 89 e0 mov %esp,%eax
1a: 83 00 02 addl $0x2,(%eax)
1d: 83 c4 08 add $0x8,%esp
20: c3 ret
Disassembly of section .data:
這里把EBP省掉了，ESP兼職了EBP的部分工作（索引臨時(shí)變量）。
顯而易見，代碼難懂了;-P， 代碼執(zhí)行長(zhǎng)度縮短了，應(yīng)該能引起效率的提升。 可惡的是，不能用backtrace調(diào)試了。
看一下arm下面的情況：
含有SFP的版本：
$ arm-linux-objdump -D SFP_arm.o
SFP_arm.o : file format elf32-littlearm
Disassembly of section .text:
00000000 <a>:
0: e1a0c00d mov ip, sp
4: e92dd800 stmdb sp!, {fp, ip, lr, pc}
8: e24cb004 sub fp, ip, #4 ; 0x4
c: e24dd010 sub sp, sp, #16 ; 0x10
10: e50b0010 str r0, [fp, -#16]
14: e50b1014 str r1, [fp, -#20]
18: e51b3010 ldr r3, [fp, -#16]
1c: e50b3018 str r3, [fp, -#24]
20: e51b3014 ldr r3, [fp, -#20]
24: e50b301c str r3, [fp, -#28]
28: e51b3018 ldr r3, [fp, -#24]
2c: e2833001 add r3, r3, #1 ; 0x1
30: e50b3018 str r3, [fp, -#24]
34: e51b301c ldr r3, [fp, -#28]
38: e2833002 add r3, r3, #2 ; 0x2
3c: e50b301c str r3, [fp, -#28]
40: e91ba800 ldmdb fp, {fp, sp, pc}
Disassembly of section .data:
優(yōu)化后的版本：
$ arm-linux-objdump -D no_SFP_arm.o
no_SFP_arm.o: file format elf32-littlearm
Disassembly of section .text:
00000000 <a>:
0: e24dd010 sub sp, sp, #16 ; 0x10
4: e58d000c str r0, [sp, #12]
8: e58d1008 str r1, [sp, #8]
c: e59d300c ldr r3, [sp, #12]
10: e58d3004 str r3, [sp, #4]
14: e59d3008 ldr r3, [sp, #8]
18: e58d3000 str r3, [sp]
1c: e59d3004 ldr r3, [sp, #4]
20: e2833001 add r3, r3, #1 ; 0x1
24: e58d3004 str r3, [sp, #4]
28: e59d3000 ldr r3, [sp]
2c: e2833002 add r3, r3, #2 ; 0x2
30: e58d3000 str r3, [sp]
34: e28dd010 add sp, sp, #16 ; 0x10
38: e1a0f00e mov pc, lr
Disassembly of section .data:
這里，"fp"充當(dāng)了"EBP"的角色，ESP在X86里面被leave隱含的恢復(fù)好了，所以沒(méi)有顯示設(shè)置的必要。
看起來(lái)arm平臺(tái)上"-fomit-frame-pointer"選項(xiàng)的優(yōu)化作用更加明顯。
總結(jié)
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