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標(biāo)題: 從單片機(jī)指針說到黑客程序 [打印本頁]

作者: liuzong 時(shí)間: 2013-7-9 03:16
標(biāo)題: 從單片機(jī)指針說到黑客程序
2004年7月的一天，在電子BBS討論區(qū)上溜達(dá)，看到一個(gè)有趣的帖子，整個(gè)帖子內(nèi)容如下：

純C51復(fù)位功能函數(shù)：一個(gè)大三學(xué)生，讓人又愛又怕

現(xiàn)單列復(fù)位部分如下：

main()

{

unsigned char code rst[]={0xe4,0xc0,0xe0,0xc0,0xe0,0x32};  // 復(fù)位代碼

(*((void (*)())(rst)))();  // 執(zhí)行上一行代碼，將rst數(shù)組當(dāng)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(jī)器碼，他的做法是將rst數(shù)組的數(shù)據(jù)當(dāng)作代碼保存，然后采用絕對(duì)地址方式指向該數(shù)組，將該數(shù)組中的代碼當(dāng)作函數(shù)來運(yùn)行。居然通過了！

我覺得有問題，我說即使如此，那絕對(duì)地址調(diào)用也應(yīng)該寫成(*((void (*)())(&rst)))() 才對(duì)呀，結(jié)果他反駁說，那樣的話，rst的地址就會(huì)當(dāng)成參數(shù)傳遞給這個(gè)絕對(duì)地址函數(shù)，而實(shí)際LJMP調(diào)用的地址并非rst的地址，而是一個(gè)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(duì)函數(shù)最終LJMP到了一個(gè)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(gè)大三學(xué)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(xué)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(gè)數(shù)組rst[]，數(shù)組內(nèi)數(shù)據(jù)就是完成復(fù)位功能的匯編機(jī)器碼，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系為：clr a == 0xe4、push acc == 0xc0,0xe0、reti ==0x32

第二句是一個(gè)函數(shù)指針的用法，函數(shù)指針用法稍微有點(diǎn)復(fù)雜，可參看本人著的書，:)，以下為快速入門講解。

定義一個(gè)返回值是空函數(shù)指針的定義形式如下：

void (*p) ( )

當(dāng)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(jià)的簡化形式：

p ( );

假設(shè)rst就是函數(shù)指針，則如下調(diào)用形式就可以令單片機(jī)復(fù)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(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換：

b = (int) a

函數(shù)指針的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換公式如下（C語言的哲學(xué)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(dāng)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(fù)位再啟功能了。類型轉(zhuǎn)換符()的優(yōu)先級(jí)跟指針運(yùn)算符*的優(yōu)先級(jí)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(fù)位功能了。保險(xiǎn)起見有些程序員常常喜歡再加個(gè)括號(hào)：

#define  K    ( (  (void (*)( )  ) rst )

(*K) ( )

或

(    *( (  void (*)( )  )rst ) ) ( );

由于沒有輸入?yún)?shù)，上述復(fù)位代碼更嚴(yán)謹(jǐn)?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(cuò)誤，對(duì)于一維數(shù)組而言，數(shù)組名rst就代表地址。以下二者等
價(jià)，更常用的是等式左邊的形式：

rst == &rst[0]

整個(gè)函數(shù)指針無所謂參數(shù)傳遞，只是把rst當(dāng)作程序執(zhí)行地址調(diào)用而已，那個(gè)學(xué)生的解釋也有問題。

還有一點(diǎn)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(duì)的。對(duì)很復(fù)雜的語句，要考慮到編譯器不嚴(yán)格甚至出錯(cuò)的可能性。

l       哈佛結(jié)構(gòu)和一個(gè)蠕蟲病毒

請(qǐng)注意，定義數(shù)組rst[]時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)空間分開的。C51算是不太嚴(yán)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(qiáng)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(jī)器碼是刪除文件的機(jī)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(jī)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(gè)文本，很多殺毒程序也不會(huì)查詢文本文件。

程序也罷，數(shù)據(jù)也罷都是二進(jìn)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(dāng)然可以當(dāng)作程序運(yùn)行。

在這一點(diǎn)上，相對(duì)而言，哈佛結(jié)構(gòu)的CPU安全性會(huì)好一點(diǎn)點(diǎn)。但嵌入式應(yīng)用少有病毒，一般不用關(guān)心。

l       單片機(jī)復(fù)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到堆棧——再8位

reti                      //返回到0地址，從而執(zhí)行。

帖子作者的這種復(fù)位方法比較麻煩，更加簡單的復(fù)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(fù)位的方法可稱為軟件復(fù)位。

軟件復(fù)位跟真正上電復(fù)位有很大差別：上電復(fù)位時(shí)大部分寄存器都有確定的復(fù)位值；軟件復(fù)位則只相當(dāng)于從0地址開始執(zhí)行而已，寄存器不會(huì)變?yōu)榇_定的復(fù)位值。
如果用戶要編程實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位這種情況，在程序中不要踢看門狗即可。大部分單片機(jī)都有看門狗吧。

l       附錄

筆者精于DSP C24xx，但不太懂C51；讀者應(yīng)能從函數(shù)指針的定義和引用中看出來，C語言的設(shè)計(jì)哲學(xué)是使用形式和定義形式一致，雖然這一點(diǎn)飽受質(zhì)疑。

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