使用彙編語言編寫一個Android應用程式(hello,word)

ldr %r1, =message

mov %r2, $message_len

mov %r7, $4 // syscall 4 (write)

swi $0

mov %r0, $0 // exit status 0 (ok)

mov %r7, $1 // syscall 1 (exit)

swi $0

.data

message:

.ascii "Hello, World Chongchong\n"

message_len = . – message

如果你之前從未見過彙編代碼,那麼這個程序可不好理解,但不要擔心,跟著我們一起進行就好了。

程序解釋

程序分為兩部分: .text 部分:包含機器代碼指令。

.data部分:從第15行開始,包含變量,字符串和其他數據。.text部分通常是隻讀的,而.data部分支持寫入。

在第2行中,我們定義了一個名為_start的全局函數。這是該工程的注入點。操作系統將從這一點開始運行代碼。該函數的實際定義在第4行。函數有兩個功能:第5-9行將消息打印到屏幕,第11-13行終止程序。實際上11-13行可以省略掉,這時候程序將字符串打印"Hello,World ChongChong"並退出,但退出時候可能會崩潰試圖執行一些隨機無效的指令,它恰好是內存中的下一個。

打印消息(r0,r1,r2寄存器和swi)

通過調用系統調用來打印到屏幕。系統調用是操作系統提供的功能。本程序中我們調用了write()系統調用,通過將值4賦值給名為r7(第8行)的CPU寄存器中來指示,然後執行"swi $0"指令(第9行),該指令直接調用在Android內部運行的Linux內核。

系統調用的參數通過其他寄存器傳遞:r0表示我們要打印的文件描述符的編號。我們給他賦值為1(第5行),這個我們都熟悉,標號為1的文件描述符實際上就是stdout,標準輸出,這樣就功能在屏幕上打印。

r1表示我們要載入的數據的內存地址,因此我們給它賦值為"Hello,World ChongChong"字符串的地址(第6行)。r2告訴Android我們要寫入多少字節。我們將其設置為message_len(第7行)的值,該值在第18行使用特殊的語法計算:點符號表示當前的內存地址,因此". - message"表示當前內存地址減去message的地址。這就計算了message的長度。總之,第5-9行中的代碼相當於以下c代碼:

#define message "Hello, World ChongChong \n"

write(1, message, sizeof(message));

結束程序(r0,r7)

結束程序要簡單得多,我們只需要將退出代碼賦值給r0(第11行),然後我們將值1(即exit()系統調用的值)賦值給r7(第12行),並且再次調用內核(第13行)。

如果有興趣,你可以參考在安卓源代碼中相關的Android系統調用列表及其編號。你也可以在那裡找到write()和exit()函數的實現,它們調用相應的系統調用,就像我們一樣。

編譯源碼

為了編譯彙編程序,你需要Android NDK,即Native Development Kit,它包含一組用於ARM平臺的編譯器和構建工具。你可以直接從官方網站下載,也可以通過Android Studio安裝:

使用匯編語言編寫一個Android應用程序(hello,word)

轉到"SDK工具"並選中"NDK",然後單擊"確定"。另請注意Android SDK位置

獲得NDK後,你需要搜索一個名為arm-linux-androideabi-as的文件,它是ARM平臺的彙編程序。如果你是通過Android Studio下載的,請在Android SDK位置內查找。在我的機器上,它位於:

ndk-bundle\toolchains\arm-linux-androideabi-4.9\prebuilt\windows-x86_64\bin

根據不同的NDK版本和操作系統該路徑會略有變化,根據實際環境選擇。該文件內置了ARM彙編程序。

將源代碼保存為hello.s的文件。然後運行以下命令將編譯為機器代碼:

arm-linux-androideabi-as -o hello.o hello.s

以上命令會創建一個名為hello.o的可執行文件。

然後再通過調用鏈接器將其轉換為可在你的設備上運行的ELF二進制文件:

arm-linux-androideabi-ld -o hello hello.o

你現在有一個名為hello的文件,其中包含你的程序,可以運行。

運行程序

安卓應用程序通常以APK格式分發。這是一種特殊的ZIP文件,安卓希望以特定的方式構建,並且應該包含Java類(你可以使用本機C/C++或者其他語言編寫具體的應用代碼,但入口點仍然必須是是Java) 。

為了方便運行我們的應用程序,我們使用adb將其複製到她的Android設備的臨時文件夾,然後使用adb shell運行應用程序並查看輸出:

adb push hello /data/local/tmp/hello

adb shell chmod +x /data/local/tmp/hello

最後,運行應用程序:

adb shell /data/local/tmp/hello

Hello World Chongchon

總結

為安卓設備編寫彙編代碼是熟悉ARM體系結構的好方法,幫我們瞭解每天使用的APP是如何運行,及其底層的工作原理,我曾經在以前的文章和回答中回答過彙編作為一個必須要技能,我們不必須要精通但是每個人都需要學習一點,這樣有助於我們瞭解計算機體系結果和底層的運行原理。


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