2004年7月的一天,在電子BBS討論區(qū)上溜達,看到一個有趣的帖子,整個帖子內(nèi)容如下:
純C51復位功能函數(shù):一個大三學生,讓人又愛又怕
現(xiàn)單列復位部分如下:
main()
{
unsigned char code rst[]={0xe4,0xc0,0xe0,0xc0,0xe0,0x32}; // 復位代碼
(*((void (*)())(rst)))(); // 執(zhí)行上一行代碼,將rst數(shù)組當函數(shù)調(diào)用
}
本來我告訴他嵌入如下代碼:
clr a
push acc
push acc
reti
結(jié)果他卻玩了前面哪一段,而數(shù)組rst[]中的內(nèi)容恰恰是上面的匯編機器碼,他的做法是將rst數(shù)組的數(shù)據(jù)當作代碼保存,然后采用絕對地址方式指向該數(shù)組,將該數(shù)組中的代碼當作函數(shù)來運行。居然通過了!
我覺得有問題,我說即使如此,那絕對地址調(diào)用也應該寫成(*((void (*)())(&rst)))() 才對呀,結(jié)果他反駁說,那樣的話,rst的地址就會當成參數(shù)傳遞給這個絕對地址函數(shù),而實際LJMP調(diào)用的地址并非rst的地址,而是一個不確定的地址。于是我按照自己的說法嘗試了一下,看看匯編結(jié)果,還真的是將rst的地址傳遞給了R1 R2,而絕對函數(shù)最終LJMP到了一個莫名其妙的地址上去了,死翹!
看來C真是一匹不容易駕馭的野馬,這個大三學生理解力在我之上,我30多歲的人了,干了這么多年還沒他的境界呢,唉,人家才學了幾天啊,翻了幾天書就這么厲害了,服了!
l 首先分析帖子的C語言代碼
第一句定義一個數(shù)組rst[],數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)就是完成復位功能的匯編機器碼,具體對應關(guān)系為:clr a == 0xe4、push acc == 0xc0,0xe0、reti ==0x32
第二句是一個函數(shù)指針的用法,函數(shù)指針用法稍微有點復雜,可參看本人著的書,:),以下為快速入門講解。
定義一個返回值是空函數(shù)指針的定義形式如下:
void (*p) ( )
當把函數(shù)指針賦值后,就能通過函數(shù)指針調(diào)用函數(shù),調(diào)用形式如下,
(*p) ( );
或等價的簡化形式:
p ( );
假設rst就是函數(shù)指針,則如下調(diào)用形式就可以令單片機復位再起。
(*rst ) ( );
但可惜,rst不是函數(shù)指針,而是數(shù)組名,雖然兩者都是地址,但不可直接調(diào)用數(shù)組名。
如同把char型變量a賦值給int型變量b,(int) 表示強制類型轉(zhuǎn)換:
b = (int) a
函數(shù)指針的強制類型轉(zhuǎn)換公式如下(C語言的哲學是定義形式和使用一致):
( (void (*)() ) rst
這樣經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的rst就可以當作函數(shù)指針使用了,簡單的調(diào)用形式如下:
#define K ( (void (*)( ) ) rst
(*K) ( )
或:
( * ( void (*)( ) )rst ) ( );
這樣的語句就完成復位再啟功能了。類型轉(zhuǎn)換符()的優(yōu)先級跟指針運算符*的優(yōu)先級相同,二者的結(jié)合方向是自右至左,所以上述語句就能完成復位功能了。保險起見有些程序員常常喜歡再加個括號:
#define K ( ( (void (*)( ) ) rst )
(*K) ( )
或
( *( ( void (*)( ) )rst ) ) ( );
由于沒有輸入?yún)?shù),上述復位代碼更嚴謹?shù)膶懛ㄊ牵?
#define K ( ( (void (*)(void ) ) rst )
(*K) ( )
或
( *( ( void (*)(void ) )rst ) ) ( );
l 關(guān)于帖子作者的解釋
千萬不要犯“&rst”形式的錯誤,對于一維數(shù)組而言,數(shù)組名rst就代表地址。以下二者等
價,更常用的是等式左邊的形式:
rst == &rst[0]
整個函數(shù)指針無所謂參數(shù)傳遞,只是把rst當作程序執(zhí)行地址調(diào)用而已,那個學生的解釋也有問題。
還有一點必須提及,不是說能通過編譯,甚至生成正確代碼,就表示某語句一定是對的。對很復雜的語句,要考慮到編譯器不嚴格甚至出錯的可能性。
l 哈佛結(jié)構(gòu)和一個蠕蟲病毒
請注意,定義數(shù)組rst[]時用了關(guān)鍵字code,這是C51特有的關(guān)鍵字,意味著把數(shù)組定義到程序空間。標準C是沒有關(guān)鍵字code的。
哈佛結(jié)構(gòu)和普林斯頓結(jié)構(gòu):
哈佛結(jié)構(gòu)——程序空間和存儲空間分開的。C51算是不太嚴格的哈佛結(jié)構(gòu)——雖地址線分開,但數(shù)據(jù)線沒有分開。DSP是增強的哈佛結(jié)構(gòu)。
PC電腦上奔騰CPU是普林斯頓結(jié)構(gòu)——數(shù)據(jù)空間和程序空間統(tǒng)一編址。
如果數(shù)組rst[]數(shù)據(jù)的匯編機器碼是刪除文件的機器碼,這算不算是病毒?
曾經(jīng)流行過一種蠕蟲病毒,其發(fā)作機理采取的就是將惡意代碼保存成文本文件,然后通過指針調(diào)用執(zhí)行這個文本,很多殺毒程序也不會查詢文本文件。
程序也罷,數(shù)據(jù)也罷都是二進制形式,如果數(shù)據(jù)空間和程序空間是統(tǒng)一編碼的, 數(shù)據(jù)當然可以當作程序運行。
在這一點上,相對而言,哈佛結(jié)構(gòu)的CPU安全性會好一點點。但嵌入式應用少有病毒,一般不用關(guān)心。
l 單片機復位的更好方法
帖子中匯編語言解釋如下:
clr a //清除ACC=0
push acc //壓0到堆棧——8位
push acc //再壓0到堆!8位
reti //返回到0地址,從而執(zhí)行。
帖子作者的這種復位方法比較麻煩,更加簡單的復位寫法是(摘自《C缺陷與陷阱》):
( * ( void (*)( ) )0 ) ( );
本句的分析方法同上,但更加精煉,沒有多余的匯編語句。
上述復位的方法可稱為軟件復位。
軟件復位跟真正上電復位有很大差別:上電復位時大部分寄存器都有確定的復位值;軟件復位則只相當于從0地址開始執(zhí)行而已,寄存器不會變?yōu)榇_定的復位值。
如果用戶要編程實現(xiàn)上電復位這種情況,在程序中不要踢看門狗即可。大部分單片機都有看門狗吧。
l 附錄
筆者精于DSP C24xx,但不太懂C51;讀者應能從函數(shù)指針的定義和引用中看出來,C語言的設計哲學是使用形式和定義形式一致,雖然這一點飽受質(zhì)疑。
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