Do C ao binário ARM: gcc + objdump

A função

soma.c — soma de 1 a n:

int soma_ate(int n) {
    int acc = 0;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        acc += i;
    }
    return acc;
}

Compilando para um objeto ARM (sem ligar, -c), alvo ARMv4T em estado ARM:

arm-none-eabi-gcc -c -O0 -march=armv4t -marm soma.c -o soma-O0.o
arm-none-eabi-gcc -c -O2 -march=armv4t -marm soma.c -o soma-O2.o
arm-none-eabi-objdump -d soma-O0.o

-O0: a tradução literal

Cada variável (n, acc, i) mora num slot da pilha, referenciado por [fp, #offset]. Toda operação faz ldr → conta → str. É lento, mas é uma tradução direta do C — ideal para depurar. Repare no prólogo (push {fp} / sub sp) e no epílogo (pop {fp} / bx lr): a convenção de chamada AAPCS, assunto do artigo de sub-rotinas.

-O2: o mesmo resultado, outro caminho

Sem pilha, sem fp, tudo em registrador. Três transformações que valem notar:

1. Nada de frame. A função não chama ninguém e cabe em registradores scratch (r0–r3), então não há prólogo/epílogo.
2. acc nasce em r0. O compilador sabe que o retorno vai em r0 (AAPCS) e acumula direto lá.
3. cmp i, n virou cmp i, n+1 + bne. Em vez de "i <= n" (que precisa de ble, um teste com sinal), o -O2 pré-calcula n+1 uma vez e testa i != n+1. bne é mais barato e o limite é loop-invariant.

Mesma semântica, metade das instruções. É a mesma máquina que o decoder do arm-jitter vai processar — o emulador não sabe nem se importa de onde o binário veio.

As seções do objeto

arm-none-eabi-objdump -h soma-O2.o:

Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  0 .text         00000030  ...  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
  1 .data         00000000  ...  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  2 .bss          00000000  ...  ALLOC
  3 .comment      00000019  ...  CONTENTS, READONLY

soma_ate não tem dados globais, então .data e .bss estão vazios. VMA (Virtual Memory Address) ainda é 0 porque este é um objeto não ligado — o arm-none-eabi-ld atribui os endereços finais, assunto do próximo artigo.

Símbolos e endereços

arm-none-eabi-nm soma-O2.o:

00000000 T soma_ate

T = símbolo em .text, global (maiúscula). nm minúsculo (t, d, b) seria local. Um U seria um símbolo indefinido — uma função que este objeto usa mas não define, a ser resolvida na ligação.

Glossário

Comandos

Próximo passo

Você tem o binário. O resto do módulo 2 decodifica ele à mão — Thumb agora, e depois abre o decoder real do arm-jitter.

Trilha: Curso de Arquitetura ARM · Módulo 2, lição 1. Ver também: Decodificando instruções ARM à mão.