NASM

23.08.2022

NASM (Netwide Assembler) — свободный (LGPL и лицензия BSD) ассемблер для архитектуры Intel x86. Используется для написания 16-, 32- и 64-разрядных программ.

История

NASM был создан Саймоном Тэтхемом совместно с Юлианом Холлом и в настоящее время развивается небольшой командой разработчиков на SourceForge.net. Первоначально он был выпущен согласно своей собственной лицензии, но позже эта лицензия была заменена на GNU LGPL после множества проблем, вызванных выбором лицензии. Начиная с версии 2.07 лицензия заменена на «упрощённую BSD» (BSD из 2 пунктов).

NASM может работать на платформах, отличных от x86, таких как SPARC и PowerPC, однако код он генерирует только для x86 и x86-64.

NASM успешно конкурирует со стандартным в Linux- и многих других UNIX-системах ассемблером gas. Считается, что качество документации у NASM выше, чем у gas. Кроме того, ассемблер gas по умолчанию использует AT&T-синтаксис, ориентированный на процессоры не от Intel, в то время как NASM использует вариант традиционного для x86-ассемблеров Intel-синтаксиса; Intel-синтаксис используется всеми ассемблерами для DOS/Windows, например, MASM, TASM, fasm.

Синтаксис языка

В NASM используется Intel-синтаксис записи инструкций. Предложение языка ассемблера NASM (строка программы) может состоять из следующих элементов:

Метка Инструкция Операнды Комментарий

Операнды разделяются между собой запятой. Перед строкой и после инструкции можно использовать любое количество пробельных символов. Комментарий начинается с точки с запятой, а концом комментария считается конец строки. В качестве инструкции может использоваться команда или псевдокоманда (директива компилятора). Если строка очень длинная, то её можно перенести на следующую, используя обратный слеш подобно тому, как это делается в языке Си.

Компиляция и компоновка

NASM компилирует программы под различные операционные системы в пределах x86-совместимых процессоров. Находясь в одной операционной системе, можно беспрепятственно откомпилировать исполняемый файл для другой.

Компиляция программ в NASM состоит из двух этапов. Первый — ассемблирование, второй — компоновка. На этапе ассемблирования создаётся объектный код. В нём содержится машинный код программы и данные, в соответствии с исходным кодом, но идентификаторы (переменные, символы) пока не привязаны к адресам памяти. На этапе компоновки из одного или нескольких объектных модулей создаётся исполняемый файл (программа). Операция компоновки связывает идентификаторы, определённые в основной программе, с идентификаторами, определёнными в остальных модулях, после чего всем идентификаторам даются окончательные адреса памяти или обеспечивается их динамическое выделение.

Для компоновки объектных файлов в исполняемые в Windows можно использовать свободный бесплатно распространяемый компоновщик alink(для 64-битных программ компоновщик GoLink), а в Linux — компоновщик ld, который есть в любой версии этой операционной системы.

Для ассемблирования файла нужно ввести следующую команду:

nasm -f format filename -o output

Инструкции перехода

Компилятор обрабатывает текст программы в несколько проходов, благодаря чему можно инструкции перехода размещать до объявления соответствующих меток.

В командах условного и безусловного (jmp) переходов используется по умолчанию ближний тип переходов — near. Поэтому при возможности короткого перехода, чтобы не завысить размер программы на лишний байт, необходимо специально указать тип перехода short. С версии 0.98.09b были добавлены опции оптимизации -Ox, которые позволяют автоматически оптимизировать размер инструкций перехода, в более ранних версиях или без таких опций минимальный размер программы можно получить только ручной модификацией исходного кода.

Формат выходных файлов

NASM поддерживает множество форматов выходных файлов, среди них:

  • bin — файл произвольного формата, определяемого только исходным кодом. Пригоден как для файлов данных, так и для модулей с исполняемыми кодами — например, системных загрузчиков, образов ПЗУ, модулей операционных систем, драйверов .SYS в MS-DOS или исполняемых файлов .COM.
  • obj — объектный модуль в формате OMF, совместимый с MASM и TASM.
  • win32 и win64 — объектный модуль для 32- и 64-битного кода, совместимый с Win32- и Win64-компиляторами Microsoft.
  • aout — объектный модуль в варианте формата a.out, использовавшегося в ранних Linux-системах.
  • aoutb — версия формата a.out для BSD-совместимых операционных систем.
  • coff — объектный модуль в формате COFF, совместимом с компоновщиком из DJGPP.
  • elf32 и elf64 — объектный модуль в форматах ELF32 и ELF64, используемых в Linux и Unix System V, включая Solaris x86, UnixWare и SCO Unix.

Формат выходного файла можно задать с помощью ключа командной строки -f. Форматы могут расширять синтаксис некоторых инструкций и добавлять собственные инструкции.

Примеры программы «Hello, world!» под разные ОС

Примеры программы Hello, world!, которая выводит соответствующее сообщение и завершается.

Под операционную систему Linux SECTION .data msg db "Hello, world!",0xa len equ $ - msg SECTION .text global _start ; the program entry point _start: mov eax, 4 ; 'write' syscall mov ebx, 1 ; file descr. 1 (stdout) mov ecx, msg ; pointer to the data mov edx, len ; amount of data int 0x80 ; call to the kernel mov eax, 1 ; '_exit' syscall mov ebx, 0 ; zero exit code (success) int 0x80 ; call to the kernel Под операционную систему Linux (x64) global _start section .text _start: mov rax, 1 ; system call 1 is write mov rdi, 1 ; file handle 1 is stdout mov rsi, message ; address of string to output mov rdx, 13 ; number of bytes syscall ; invoke operating system to do the write mov eax, 60 ; system call 60 is exit xor rdi, rdi ; exit code 0 syscall ; invoke operating system to exit message: db "Hello, World", 10 ; note the newline at the end Под операционную систему DOS SECTION .text org 0x100 ; эта директива нужна только в случае .com файла, в котором нет никаких секций mov ah, 0x9 mov dx, hello int 0x21 mov ax, 0x4c00 ; ah == 0x4c al == 0x00 int 0x21 SECTION .data hello DB "Hello, world!",0xd,0xa,'$' Под операционную систему Windows (obj) %include 'WIN32N.INC' EXTERN MessageBoxA Import MessageBoxA user32.dll EXTERN ExitProcess Import ExitProcess kernel32.dll SECTION CODE USE32 CLASS=CODE ..start: push UINT MB_OK push LPCTSTR title push LPCTSTR banner push HWND NULL call [MessageBoxA] push UINT NULL call [ExitProcess] SECTION DATA USE32 CLASS=DATA banner db 'Hello, world!',0xD,0xA,0 title db 'Hello',0 Под операционную систему Windows x64 (obj) ; Hello.asm EXTERN MessageBoxW EXTERN ExitProcess SECTION .text USE64 start: sub rsp, 28h ; 32 bytes for Microsoft x64 calling convention "shadow space" + 8 bytes for stack aligning to 16 bytes boundry after call put on stack 8 bytes return address xor rcx, rcx ; HWND hWnd = NULL lea rdx, [banner] ; LPCTSTR lpText = banner lea r8, [title] ; LPCTSTR lpCaption = title xor r9, r9 ; UINT uType = MB_OK call MessageBoxW ; MessageBox(hWnd, lpText, lpCaption, uType) xor rcx, rcx ; UINT uExitCode = 0 call ExitProcess ; ExitProcess(uExitCode) SECTION .data banner dw __utf16__('Hello, world!'),0 title dw __utf16__('Hello!'),0

>nasm -f win64 Hello.asm
>golink Hello.obj kernel32.dll user32.dll

Под операционную систему FreeBSD SECTION .data msg db "Hello, world!",0xa len equ $ - msg SECTION .text global _start ; the program entry point _start: push dword len push dword msg push dword 1 ; 1 is the file descriptor of stdout mov eax, 4 ; 4 is the 'write' syscall push eax ; we must leave an extra dword on the stack int 0x80 ; call to the kernel add esp, 16 ; clean up the stack push dword 0 ; 0 is the exit code (success) mov eax, 1 ; 1 is the '_exit' syscall push eax ; extra dword on the stack int 0x80 ; call to the kernel ; no cleanup - we will never return Под операционную систему KolibriOS bits 32 %include 'mos.inc' section .text MOS_HEADER01 main,image_end,memory_end,stacktop,0,0 main: redraw: call draw_window wait_event: MOS_WAITEVENT dec eax jz redraw dec eax jz key ;button pressed; we have only one button, close MOS_EXIT key: ;key pressed, read it and ignore mov eax, MOS_SC_GETKEY int 0x40 jmp wait_event draw_window: MOS_STARTREDRAW xor eax, eax mov ebx, 10*65536 + 150 mov ecx, 40*65536 + 50 mov edx, 0x33FFFFFF mov edi, header int 0x40 ;define&draw window mov eax, MOS_SC_WRITETEXT mov ebx, 30*65536 + 10 mov ecx, 0x80000000 mov edx, string int 0x40 ;display string MOS_ENDREDRAW ret section .data header db 'HelloWorld test',0 string db 'Hello, World!',0 image_end: section .bss alignb 4 stack resb 1024 stacktop: memory_end:

Известные программы, написанные на NASM

  • Asmutils — набор системных утилит для операционных систем BSD, UnixWare, Solaris и AtheOS.
  • Проект AsmOS — операционная система на ассемблере NASM (сейчас на стадии разработки).