彭茜珍，揭愛明

(1.湖北科技學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部,湖北 咸寧 437100；2.湖北新產(chǎn)業(yè)技師學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

基于WINDOWS平臺(tái)下匯編語言程序上機(jī)中的問題探究

彭茜珍1，揭愛明2

(1.湖北科技學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部,湖北 咸寧 437100；2.湖北新產(chǎn)業(yè)技師學(xué)院，湖北 咸寧 437100)

在我國(guó)大學(xué)開設(shè)的匯編語言程序設(shè)計(jì)這門課的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，大多都是在Windows平臺(tái)下，使用微軟的MASM宏匯編程序作為開發(fā)工具，但在上機(jī)實(shí)踐過程中或多或少會(huì)出現(xiàn)一些問題，給學(xué)生和老師帶來很大的麻煩，為了解決這些問題，文章研究了這些問題出現(xiàn)的原因和解決方法。

MASM匯編程序；INTEL處理器指令系統(tǒng)；WINDOWS平臺(tái)

在Intel公司生產(chǎn)的CPU上，其指令系統(tǒng)從最初的80X86、MMX、SSE系列[1，2]，發(fā)展到現(xiàn)在的VAX、VAX2和VAX512[3，4]以及一些特定指令系統(tǒng)[5]，并且在計(jì)算機(jī)業(yè)界內(nèi)被廣泛使用。

現(xiàn)代Intel CPU的工作模式包括實(shí)模式、32位分段保護(hù)模式、32位分頁(yè)保護(hù)模式、虛擬8086模式、擴(kuò)展虛擬8086模式、IA-32e分頁(yè)模式，其體系結(jié)構(gòu)從開始的8位、16位、32位到現(xiàn)在的64位，能夠處理的整數(shù)有8位、16位、32位、64位、128位、256位和512位，能夠處理的實(shí)數(shù)包括單精度實(shí)型、雙精度實(shí)型和擴(kuò)展雙單精度實(shí)型，還可以處理各種打包的整數(shù)和實(shí)數(shù)，功能非常強(qiáng)大。

微軟公司生產(chǎn)的宏匯編程序MASM已從5.0、6.0版發(fā)展到現(xiàn)在14.0版，其新版匯編的源程序可以在最新的Windows平臺(tái)下運(yùn)行。

Windows平臺(tái)已從Windows98、Windows2000、Windows XP、Windows7、Windows8到Windows10。結(jié)構(gòu)體系包括32位Windows和64位Windows。

在我國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)開設(shè)的匯編語言程序設(shè)計(jì)這門課程中，不少學(xué)校以Intel CPU為背景進(jìn)行講授，內(nèi)容多半是在DOS系統(tǒng)下的80X86指令系統(tǒng)及程序設(shè)計(jì)，CPU工作在實(shí)模式下，上機(jī)操作系統(tǒng)多半選用Windows XP，工作在32位下，開發(fā)工具多半采用MASM5.0或MASM6.0。在此條件下開發(fā)的匯編源程序不能充分利用現(xiàn)代環(huán)境下的硬件和OS的功能，而且其生成的可執(zhí)行文件在最新的Windows平臺(tái)上運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題，甚至不能運(yùn)行。例如下列匯編源程序：

DATA SEGMENT

CR EQU 0DH ;回車

LF EQU 0AH ;換行

szMES DB “HOW DO YOU DO?”,CR,LF,“HOW ARE YOU?”,“$”

DATA ENDS

CODE SEGMENT

ASSUME CS:CODE,DS:DATA

MAIN: MOV AX, DATA

MOV DS, AX

MOV DX, OFFSET szMES

MOV AH, 9

INT 21H

MOV AH, 4CH

INT 21H

CODE ENDS

END MAIN

把它用MASM 5.0/6.0匯編之后，在WINDOWS7及之后的平臺(tái)下運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)問題，但使用新版的MASM 14.0對(duì)其進(jìn)行匯編又通不過。這就是上機(jī)實(shí)踐要解決問題之一。

一、WINDOWS平臺(tái)下匯編源程序開發(fā)環(huán)境探討

當(dāng)前的WINDOWS平臺(tái)至少是32位，CPU至少是Pentium4，但廣泛使用的卻是WINDOWS 64位平臺(tái)，CPU都是Core(TM)i3/i5/i7。對(duì)于WINDOWS 7之前的平臺(tái)，它們只工作在32位保護(hù)模式，前述的源程序匯編后可以很好地運(yùn)行，這是因?yàn)?2位保護(hù)模式支持虛擬8086模式，OS提供模擬DOS系統(tǒng)功能調(diào)用的驅(qū)動(dòng)程序。但是，對(duì)于WINDOWS 7及其之后的平臺(tái)，它們工作在64位的IA-32e分頁(yè)模式，此模式不支持虛擬8086模式，OS也不提供模擬DOS系統(tǒng)功能調(diào)用的驅(qū)動(dòng)程序，前述的源程序匯編后不能正常運(yùn)行。

前述源匯編程序無法用新版的MASM 14.0對(duì)其進(jìn)行匯編，原因是：(1)存儲(chǔ)模型不能使用DOS各種分段存儲(chǔ)模型，只能采用FLAT存儲(chǔ)模型；(2)在IA-32e分頁(yè)模式下，段基址是0000000000000000H，不可改變，程序中涉及改變段基址的指令通不過；(3)IA-32e分頁(yè)模式不支持DOS系統(tǒng)功能調(diào)用。

新版的MASM 14.0匯編程序有兩種：ML.EXE和ML64.EXE。它們不但具有匯編功能，而且可以通過設(shè)置參數(shù)使其具有鏈接功能。[6，7]

下面簡(jiǎn)述在現(xiàn)代WINDOWS 平臺(tái)下所提供的使用新版MASM 14.0進(jìn)行匯報(bào)語言程序設(shè)計(jì)的環(huán)境和要求：

(1)x64本機(jī)工具命令提示(x64 on x64)環(huán)境：Vcvarsall.bat 參數(shù)，amd64；CPU架構(gòu)，X86-64；WINDOWS平臺(tái)，64位Windows；EXE文件格式，WIN64；運(yùn)行方式，64位本機(jī)進(jìn)程運(yùn)行。

(2)x64兼容工具命令提示(x64 on x86)環(huán)境：Vcvarsall.bat 參數(shù)，x86_amd64；CPU架構(gòu)，X86-32/X86-64；WINDOWS平臺(tái)，32位Windows/64位Windows的WOW64下；EXE文件格式，WIN64；運(yùn)行方式，32位本機(jī)進(jìn)程運(yùn)行。

(3)x64兼容工具命令提示(x64 on x64)環(huán)境：Vcvarsall.bat 參數(shù)，amd64_x86；CPU架構(gòu)，X86-64；WINDOWS平臺(tái)，64位Windows；EXE文件格式，WIN32；運(yùn)行方式，64位本機(jī)進(jìn)程運(yùn)行。

(4)x86本機(jī)工具命令提示(x86 on x86)環(huán)境：Vcvarsall.bat 參數(shù)，X86；CPU架構(gòu)，X86-32/ X86-64；WINDOWS平臺(tái)，32位Windows/64位Windows的WOW64下；EXE文件格式，WIN32；運(yùn)行方式，32位本機(jī)進(jìn)程運(yùn)行。

(5)開發(fā)人員命令提示環(huán)境：等同于x86 本機(jī)工具命令提示環(huán)境。

通過在WINDOWS平臺(tái)下的純“命令提示符”窗口中運(yùn)行vcvarsall.bat，可設(shè)置環(huán)境變量以配置適用于32位或64位本機(jī)編譯的命令行，或適用于面向x86、x64處理器的交叉編譯的命令行。如果未提供任何參數(shù)，vcvarsall.bat將配置環(huán)境變量以供使用面向x86的32位本機(jī)編譯器。

二、現(xiàn)代匯編語言源程序格式研究

要適應(yīng)在現(xiàn)代最新CPU架構(gòu)下WINDOWS平臺(tái)上編寫匯編語言源程序并通過新版MASM的匯編，就不能再用舊的源程序格式，應(yīng)研究新的源程序格式。下面以前述匯編源程序的同樣內(nèi)容分32位WINDOWS平臺(tái)和64位WINDOWS平臺(tái)給出匯編源程序格式的研究結(jié)果。

(一)32位WINDOWS平臺(tái)下匯編源程序格式

.386

.model flat ,stdcall

NULL equ 0

MB_OK equ 0

ExitProcess PROTO :DWORD

MessageBoxA PROTO :DWORD,:DWORD,:DWORD,:DWORD

includelib kernel32.lib

includelib user32.lib

.data

szMES db “HOW DO YOU DO?”,CR,LF,“HOW ARE YOU?”,0

szCaption db “Win32匯編源程序”,0

.code

Start:

push MB_OK

lea eax,szCaption

push eax

lea eax, szMES

push eax

push NULL

call MessageBoxA

xor eax,eax

push eax

call ExitProcess

end Start

采用簡(jiǎn)化段定義，存儲(chǔ)模式為flat，如果CPU工作在傳統(tǒng)32位模式，可以使用DOS或WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用，如果CPU工作在IA-32e兼容32位模式，只能使用WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用。當(dāng)使用WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，應(yīng)采用stdcall調(diào)用規(guī)則，并且根據(jù)需要鏈接相應(yīng)API函數(shù)庫(kù)。匯編命令為：ml 匯編源程序文件名.asm /link /entry:Start /SUBSYSTEM:CONSOLE。

(二)64位WINDOWS平臺(tái)下匯編源程序格式

(1)使用C語言庫(kù)函數(shù)：

includelib msvcrt.lib

extern printf: PROC

.data

szMES db “HOW DO YOU DO?”,CR,LF,“HOW ARE YOU?”,0Ah

.code

Start proc

sub rsp,28h ;

lea rcx, szMES;

mov rax, offset szMES

call printf

add rsp, 28h

ret

Start endp

end

(2)使用WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用API函數(shù)：

includelib kernel32.lib

includelib user32.lib

extrn ExitProcess: PROC

extrn MessageBoxA: PROC

.data

caption db “Win64匯編源程序”, 0

szMES db “HOW DO YOU DO?”,CR,LF,“HOW ARE YOU?”, 0

.code

Start proc

sub rsp,28h

mov rcx, 0

lea rdx, szMES

lea r8, caption

mov r9d, 0

call MessageBoxA

mov ecx, eax

call ExitProcess

Start endp

end

采用簡(jiǎn)化段定義，不支持處理器選擇偽指令，不支持存儲(chǔ)模式偽指令，使用PROTO關(guān)鍵字的偽指令不帶參數(shù)或改用PROC關(guān)鍵字，end偽指令不能指定程序入口點(diǎn)。由于在WINDOWS64下，CPU工作在IA-32e模式，只能使用WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用API函數(shù)或C語言庫(kù)函數(shù)。使用WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用API函數(shù)時(shí)，應(yīng)符合Microsoft 64位調(diào)用規(guī)則。當(dāng)使用WINDOWS系統(tǒng)調(diào)用或C語言庫(kù)函數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要鏈接相應(yīng)API函數(shù)庫(kù)或C語言函數(shù)庫(kù)。匯編命令為：ml64 匯編源程序文件名.asm /link /entry:Start /SUBSYSTEM:CONSOLE。

三、結(jié)語

在Intel CPU為Core(TM)i3/i5/i7下，當(dāng)前廣泛安裝的是WINDOWS64平臺(tái)，為使用最新版MASM開發(fā)匯編源程序，應(yīng)遵循本文給出的源程序格式，只要不使用特權(quán)指令，可盡情用最新的指令系統(tǒng)做開發(fā)，都不會(huì)有問題。希望本文能給講授和學(xué)習(xí)匯編語言程序設(shè)計(jì)的老師和學(xué)生，提供拋磚引玉的幫助。

[1] Intel Corporation: Intel 64 and IA-32 Architecture Software Developer's Manual Volume 1: Basic Architecture[M/CD]. Http://WWW.INTEL.COM Order Number,2016.253665～059US.

[2] Intel Corporation: Intel 64 and IA-32 Architecture Software Developer's Manual Volume 2: Instruction Set Reference,A-Z[M/CD]. Http://WWW.INTEL.COM Order Number,2016,253666～059US .

[3] Intel Corporation: Intel Advanced Vector Extensions Programming Reference [M/CD]. Http://WWW.INTEL.COM Order Number,2011.319433～011.

[4] Intel Corporation: Intel Architecture Instruction Set Extensions Programming Reference512 [M/CD]. Http://WWW.INTEL.COM Order Number,2016.319433～025.

[5] 彭茜珍.Intel加密指令研究及其應(yīng)用[J]. 湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，36(12):68～70.

[6] Microsoft Corporation: Microsoft Macro Assembler reference [M/CD]. https://technet.microsoft.com/zh-cn/library.

[7] Chris Lomont， Introduction to x64 Assembly. https://www.lomont.org 2009.

2095-4654(2017)06-0143-03

2017-06-18

TP313

A

胡 莉