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標題: 從單片機指針說到黑客程序 [打印本頁]

作者: liuzong 時間: 2013-7-9 03:16
標題: 從單片機指針說到黑客程序
2004年7月的一天，在電子BBS討論區上溜達，看到一個有趣的帖子，整個帖子內容如下：

純C51復位功能函數：一個大三學生，讓人又愛又怕

現單列復位部分如下：

main()

{

unsigned char code rst[]={0xe4,0xc0,0xe0,0xc0,0xe0,0x32};  // 復位代碼

(*((void (*)())(rst)))();  // 執行上一行代碼，將rst數組當函數調用

}

本來我告訴他嵌入如下代碼：

clr a

push acc

push acc

reti

結果他卻玩了前面哪一段，而數組rst[]中的內容恰恰是上面的匯編機器碼，他的做法是將rst數組的數據當作代碼保存，然后采用絕對地址方式指向該數組，將該數組中的代碼當作函數來運行。居然通過了！

我覺得有問題，我說即使如此，那絕對地址調用也應該寫成(*((void (*)())(&rst)))() 才對呀，結果他反駁說，那樣的話，rst的地址就會當成參數傳遞給這個絕對地址函數，而實際LJMP調用的地址并非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，看看匯編結果，還真的是將rst的地址傳遞給了R1 R2，而絕對函數最終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

第一句定義一個數組rst[]，數組內數據就是完成復位功能的匯編機器碼，具體對應關系為：clr a == 0xe4、push acc == 0xc0,0xe0、reti ==0x32

第二句是一個函數指針的用法，函數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指針的定義形式如下：

void (*p) ( )

當把函數指針賦值后，就能通過函數指針調用函數，調用形式如下，

   (*p) ( );

或等價的簡化形式：

p ( );

假設rst就是函數指針，則如下調用形式就可以令單片機復位再起。

(*rst ) ( );

但可惜，rst不是函數指針，而是數組名，雖然兩者都是地址，但不可直接調用數組名。

如同把char型變量a賦值給int型變量b，(int) 表示強制類型轉換：

b = (int) a

函數指針的強制類型轉換公式如下（C語言的哲學是定義形式和使用一致）：

(  (void (*)()  ) rst

這樣經過轉換后的rst就可以當作函數指針使用了，簡單的調用形式如下：

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

(*K) ( )

或：

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

這樣的語句就完成復位再啟功能了。類型轉換符()的優先級跟指針運算符*的優先級相同，二者的結合方向是自右至左，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 ) ) ( );

由于沒有輸入參數，上述復位代碼更嚴謹的寫法是：

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

(*K) ( )

或

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

l       關于帖子作者的解釋

千萬不要犯“&rst”形式的錯誤，對于一維數組而言，數組名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]

整個函數指針無所謂參數傳遞，只是把rst當作程序執行地址調用而已，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       哈佛結構和一個蠕蟲病毒

請注意，定義數組rst[]時用了關鍵字code，這是C51特有的關鍵字，意味著把數組定義到程序空間。標準C是沒有關鍵字code的。

哈佛結構和普林斯頓結構：

哈佛結構——程序空間和存儲空間分開的。C51算是不太嚴格的哈佛結構——雖地址線分開，但數據線沒有分開。DSP是增強的哈佛結構。

PC電腦上奔騰CPU是普林斯頓結構——數據空間和程序空間統一編址。

如果數組rst[]數據的匯編機器碼是刪除文件的機器碼，這算不算是病毒？

曾經流行過一種蠕蟲病毒，其發作機理采取的就是將惡意代碼保存成文本文件，然后通過指針調用執行這個文本，很多殺毒程序也不會查詢文本文件。

程序也罷，數據也罷都是二進制形式，如果數據空間和程序空間是統一編碼的，數據當然可以當作程序運行。

在這一點上，相對而言，哈佛結構的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到堆棧——再8位

reti                      //返回到0地址，從而執行。

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地址開始執行而已，寄存器不會變為確定的復位值。
如果用戶要編程實現上電復位這種情況，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，雖然這一點飽受質疑。

如果你覺得雞蛋好吃時，不必認識那只母雞；但如果你覺得本文不錯，請來筆者網站坐坐。

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