Android NDK开发与ARM汇编基础教程

一、Eclipse创建NDK工程

1. 使用Eclipse创建Android工程

   • 选择"File" → "New" → "Android Application Project"
   • 一路默认设置，点击"Finish"完成创建

2. 工程配置

   • 删除默认的"Hello World"示例
   • 添加UI组件：
     • 2个PlainText（用于输入数字）
     • 2个TextView（用于显示标签）
     • 4个Button（用于加减乘除运算）

3. XML布局修改

   • 修改组件ID：
     • "+"按钮：add
     • "-"按钮：sub
     • "*"按钮：mul
     • "/"按钮：div
   • 调整组件位置布局

二、Java层代码实现

1. 初始化控件

private void init() {
    // 绑定编辑框变量
    EditText first = (EditText) findViewById(R.id.firstNum);
    EditText second = (EditText) findViewById(R.id.secondNum);
    
    // 绑定运算符按钮
    Button addBtn = (Button) findViewById(R.id.add);
    Button subBtn = (Button) findViewById(R.id.sub);
    Button mulBtn = (Button) findViewById(R.id.mul);
    Button divBtn = (Button) findViewById(R.id.div);
}

2. 定义native方法

public native float add(float a, float b);
public native float sub(float a, float b);
public native float mul(float a, float b);
public native float div(float a, float b);

3. 按钮监听与运算逻辑

addBtn.setOnClickListener(new OnClickListener() {
    @Override
    public void onClick(View v) {
        float one = Float.parseFloat(first.getText().toString());
        float two = Float.parseFloat(second.getText().toString());
        float result = add(one, two);
        Toast.makeText(MainActivity.this, String.valueOf(result), Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
});
// 其他运算符类似实现

三、JNI层实现

1. 创建JNI文件夹和.c文件

   • 在项目根目录创建jni文件夹
   • 创建native-lib.c文件

2. 实现native方法

#include <jni.h>

jfloat add(JNIEnv* env, jobject obj, jfloat a, jfloat b) {
    return a + b;
}

jfloat sub(JNIEnv* env, jobject obj, jfloat a, jfloat b) {
    return a - b;
}

jfloat mul(JNIEnv* env, jobject obj, jfloat a, jfloat b) {
    return a * b;
}

jfloat div(JNIEnv* env, jobject obj, jfloat a, jfloat b) {
    return a / b;
}

3. 动态注册JNI方法

// 定义JNINativeMethod结构体数组
static JNINativeMethod nativeMethod[] = {
    {"add", "(FF)F", (void*)add},
    {"sub", "(FF)F", (void*)sub},
    {"mul", "(FF)F", (void*)mul},
    {"div", "(FF)F", (void*)div}
};

// 注册函数
jint registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className) {
    jclass clazz = (*env)->FindClass(env, className);
    if (clazz == NULL) {
        return JNI_ERR;
    }
    if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, nativeMethod, 
        sizeof(nativeMethod)/sizeof(nativeMethod[0])) < 0) {
        return JNI_ERR;
    }
    return JNI_OK;
}

// JNI_OnLoad实现
JNIEXPORT jint JNICALL JNI_OnLoad(JavaVM* vm, void* reserved) {
    JNIEnv* env = NULL;
    if ((*vm)->GetEnv(vm, (void**)&env, JNI_VERSION_1_6) != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }
    if (registerNativeMethods(env, "com/example/MainActivity") != JNI_OK) {
        return JNI_ERR;
    }
    return JNI_VERSION_1_6;
}

四、编译配置

1. Android.mk文件

LOCAL_PATH := $(call my-dir)
include $(CLEAR_VARS)
LOCAL_MODULE := jsq          # 模块名称
LOCAL_SRC_FILES := jsq.c     # 源文件
LOCAL_ARM_MODE := arm        # 编译后的指令集
LOCAL_LDLIBS += -llog        # 依赖库
include $(BUILD_SHARED_LIBRARY) # 指定编译类型

2. Application.mk文件

APP_ABI := x86 armeabi-v7a   # 支持的CPU架构
APP_PLATFORM := android-8    # 平台版本

五、ARM汇编基础

1. 跳转指令

• B: 无条件跳转
• BL: 带链接的无条件跳转
• BX: 带状态切换的无条件跳转
• BLX: 带链接和状态切换的无条件跳转
• BEQ/BNE: 条件跳转

2. 存储器与寄存器交互指令

• LDR: 从存储器加载数据到寄存器
  • 示例: LDR R8,[R9,#4] → 将R9+4地址的值加载到R8
• STR: 将寄存器数据存储到存储器
  • 示例: STR R8,[R9,#4] → 将R8的值存储到R9+4地址
• LDM/STM: 多寄存器加载/存储
• PUSH/POP: 堆栈操作

3. 数据传送指令

• MOV: 数据传送
  • 示例: MOV R0, #8 → R0=8

4. 算术运算指令

• ADD/SUB/MUL/DIV: 加减乘除运算

5. 逻辑运算指令

• AND: 与运算
• ORR: 或运算
• EOR: 异或运算
• LSL/LSR: 逻辑左移/右移

6. 比较指令

• CMP: 比较两个值并设置标志位

六、ARM处理器寻址方式

1. 寄存器寻址

   • 示例: MOV R0, R1 → R0=R1

2. 立即寻址

   • 示例: MOV R0, #0x1234 → R0=0x1234

3. 寄存器偏移寻址

   • 示例: MOV R0, R1, LSL #2 → R0=R1*4

4. 寄存器间接寻址

   • 示例: LDR R0, [R1] → 将R1的值作为地址，取该地址的值给R0

5. 基址寻址

   • 示例: LDR R0, [R1, #-4] → 将R1-4的值作为地址，取该地址的值给R0

6. 多寄存器寻址

   • 示例: LDMIA R1!, {R2-R7,R12} → 从R1地址连续加载数据到多个寄存器

七、SO库分析基础

1. 常见指令解析：

   • LDR R3, [R0] → 将R0地址的值加载到R3
   • ADD R1, PC → R1=PC+R1
   • LDR R3, [R3, #0x18] → 将R3+0x18地址的值加载到R3
   • BLX R3 → 跳转到R3地址执行

2. 函数调用过程：

   • 使用STM保存寄存器状态
   • 执行函数逻辑
   • 使用LDM恢复寄存器状态
   • 返回调用处

八、总结

本教程涵盖了从Android NDK开发到ARM汇编基础的全流程，重点包括：

1. Eclipse创建NDK工程的基本步骤
2. Java层与JNI层的交互实现
3. JNI方法的动态注册过程
4. ARM汇编基础指令集
5. ARM处理器的多种寻址方式
6. SO库的基本分析方法

掌握这些知识可以为Android底层开发、逆向分析和安全研究打下坚实基础。