编写MIPS机器指令并从C执行

我正在尝试用C和MIPS编写一些自我修改的代码

因为我想稍后修改代码，所以我尝试编写实际的机器指令（与内联汇编相反），并尝试执行这些指令。有人告诉我，可以只调用一些内存，在那里编写指令，将C函数指针指向它，然后跳转到它。（我包括下面的示例）

我已经用我的交叉编译器（sourcery codebench toolchain）尝试过了，但它不起作用（是的，事后看来，我认为它确实看起来很幼稚）。我怎样才能正确地做到这一点

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>


void inc(){
    int i = 41;
    uint32_t *addone = malloc(sizeof(*addone) * 2); //we malloc space for our asm function
    *(addone) = 0x20820001; // this is addi $v0 $a0 1, which adds one to our arg (gcc calling con)
    *(addone + 1) = 0x23e00000; //this is jr $ra

    int (*f)(int x) = addone; //our function pointer
    i = (*f)(i);
    printf("%d",i);    
}

int main(){
    inc();
exit(0);}

#包括
#包括
#包括
void公司（）{
int i=41；
uint32_t*addone=malloc（sizeof（*addone）*2）；//我们为asm函数分配malloc空间
*（addone）=0x20820001；//这是addi$v0$a0 1，它将一个添加到我们的arg（gcc调用con）
*（addone+1）=0x23e00000；//这是jr$ra
int（*f）（int x）=addone；//我们的函数指针
i=（*f）（i）；
printf（“%d”，i）；
}
int main（）{
公司（）；
退出（0）；}

我在这里遵循gcc调用约定，其中参数被传递到$a0，函数的结果预计在$v0中。我实际上不知道返回地址是否会被放入$ra（但我还不能测试它，因为我无法编译）。

---

我使用int作为指令，因为我正在编译MIPS32（因此32位int应该足够了）

调用函数比直接跳到指令要复杂得多

• 参数是如何传递的？它们是存储在寄存器中还是被推送到调用堆栈中

• 如何返回值

• 返回跳转的返回地址在哪里？如果有递归函数，

  $ra

  不会将其剪切

• 调用方或被调用方是否负责在被调用函数完成时弹出堆栈帧

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对于这些问题，不同的编译器有不同的答案。虽然我从未尝试过类似于您所做的任何事情，但我会假设您必须编写符合约定的机器代码，然后告诉编译器您的函数指针使用该约定（不同的编译器有不同的方法执行此操作-）.

您不恰当地使用了指针。或者，更准确地说，您没有在应该使用指针的地方使用指针

试试这个尺码：

uint32_t *addone = malloc(sizeof(*addone) * 2);
addone[0] = 0x20820001; // addi $v0, $a0, 1
addone[1] = 0x23e00000; // jr $ra

int (*f)(int x) = addone; //our function pointer
i = (*f)(i);
printf("%d\n",i);

您可能还需要在写入内存后，但在调用内存之前，将其设置为可执行：

mprotect(addone, sizeof(int) * 2, PROT_READ | PROT_EXEC);

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为了实现这一点，您可能还需要分配相当大的内存块（4k左右）因此，地址是页面对齐的。

您还需要确保所讨论的内存是可执行的，并确保在写入dcache后正确地从dcache中刷新该内存，并在执行之前将其加载到icache中。如何做到这一点取决于mips机器上运行的操作系统

在Linux上，可以使用mprotect系统调用使内存可执行，使用cacheflush系统调用进行缓存刷新

编辑

例如：

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <asm/cachecontrol.h>

#define PALIGN(P)  ((char *)((uintptr_t)(P) & (pagesize-1)))
uintptr_t  pagesize;

void inc(){
    int i = 41;
    uint32_t *addone = malloc(sizeof(*addone) * 2); //we malloc space for our asm function
    *(addone) = 0x20820001; // this is addi $v0 $a0 1, which adds one to our arg (gcc calling con)
    *(addone + 1) = 0x23e00000; //this is jr $ra

    pagesize = sysconf(_SC_PAGESIZE);  // only needs to be done once
    mprotect(PALIGN(addone), PALIGN(addone+1)-PALIGN(addone)+pagesize,
             PROT_READ | PROT_WRITE | PROT_EXEC);
    cacheflush(addone, 2*sizeof(*addone), ICACHE|DCACHE);

    int (*f)(int x) = addone; //our function pointer
    i = (*f)(i);
    printf("%d",i);    
}

#包括
#包括
#包括
#定义paign（P）（（char*）（（uintpttr__t）（P）和（pagesize-1）））
uintptr_t页面大小；
void公司（）{
int i=41；
uint32_t*addone=malloc（sizeof（*addone）*2）；//我们为asm函数分配malloc空间
*（addone）=0x20820001；//这是addi$v0$a0 1，它将一个添加到我们的arg（gcc调用con）
*（addone+1）=0x23e00000；//这是jr$ra
pagesize=sysconf（_SC_pagesize）；//只需执行一次
mprotect（PALIGN（addone），PALIGN（addone+1）-PALIGN（addone）+页面大小，
保护读取|保护写入|保护执行|）；
cacheflush（addone，2*sizeof（*addone），ICACHE | DCACHE）；
int（*f）（int x）=addone；//我们的函数指针
i=（*f）（i）；
printf（“%d”，i）；
}

---

请注意，我们将包含代码的整个页面设置为可写和可执行。这是因为内存保护在每个页面都有效，我们希望malloc能够继续使用页面的其余部分对于其他方面，您可以使用

valloc

或

memalign

来分配整个页面，在这种情况下，您可以使代码成为只读的可执行文件。

OP编写的代码使用Codesourcery mips linux gnu gcc编译时不会出错

如上所述，MIPS上的自修改代码要求在写入代码后指令缓存与数据缓存同步。MIPS体系结构的MIPS32R2版本添加了

SYNCI

，这是一条用户模式指令，可以满足您的需要。所有现代MIPS CPU都实现了MIPS32R2，包括g

SYNCI

内存保护是MIPS上的一个选项，但大多数MIPS CPU都没有选择此功能，因此在大多数真正的MIPS硬件上可能不需要使用mprotect系统调用

请注意，如果使用除

-O0

之外的任何优化，编译器可以并且确实优化了

*addone

的存储和函数调用，这会破坏代码。使用

volatile

关键字可防止编译器执行此操作

以下代码生成了正确的MIPS程序集，但我手头没有MIPS硬件可供测试：

int inc() {
    volatile int i = 41;
    // malloc 8 x sizeof(int) to allocate 32 bytes ie one cache line,
    // also ensuring that the address of function addone is aligned to
    // a cache line.
    volatile int *addone = malloc(sizeof(*addone) * 8);
    *(addone)     = 0x20820001; // this is addi $v0 $a0 1
    *(addone + 1) = 0x23e00000; //this is jr $ra
    // use a SYNCI instruction to flush the data written above from
    // the D cache and to flush any stale data from the I cache
    asm volatile("synci 0(%0)": : "r" (addone));
    volatile int (*f)(int x) = addone; //our function pointer
    int j = (*f)(i);
    return j;
}

int main(){
    int k = 0;
    k = inc();
    printf("%d",k);    
    exit(0);
}

---

当你说“它不工作”时，会发生什么情况呢？你将

malloc

返回的指针存储在一个int中。int是否足够大？为什么不使用合适的指针类型？另外，你确定你的int是指令的正确大小吗？我对MIPS了解不够，但是当我完成这类工作时（1）您需要确保内存具有使用

mprotect

的正确权限，（2）如果体系结构具有不一致的单独指令/数据缓存，则可能需要刷新指令和数据缓存。请记住

jr

在将控制权转移到t之前从其延迟槽执行指令