嵌入式系统架构：ARM/MIPS/RISC-V 基础
做固件安全这么多年，我接触过各种各样的芯片架构。说实话，ARM、MIPS、RISC-V 这三兄弟，基本覆盖了市面上 90% 以上的嵌入式设备。你想想看，从你手里的路由器，到车上的 ECU，再到智能电表，跑的都是这些架构。
我个人习惯把架构理解成「芯片的方言」。指令集就是语法，寄存器就是词汇。搞懂这些，你才能读懂固件在说什么。
ARM 架构：移动端的霸主
ARM 是精简指令集（RISC）的代表。它最大的特点是低功耗。我在分析 IoT 设备固件时，十有八九都是 ARM 核。
ARM 有几种工作模式，我重点说两个：
- Thumb 模式：指令长度 16 位，代码密度高。很多固件为了省空间，会混用 ARM 和 Thumb 指令。反汇编时如果模式搞错了，那代码就是一团乱码。
- 异常向量表：复位、中断、数据中止等异常都有固定入口。我曾经遇到一个固件，攻击者就是通过篡改异常向量表来实现持久化控制的。
MIPS 架构：网络设备的常客
MIPS 在路由器、交换机里特别常见。它的设计哲学和 ARM 不太一样。
MIPS 有个特点让我印象很深——延迟槽。什么意思呢？就是分支指令后面的那条指令，无论分支是否跳转，都会被执行。我刚开始逆向 MIPS 固件时，经常被这个特性搞晕。
举个例子：
beq $a0, $a1, target # 如果相等则跳转
addi $v0, $zero, 1 # 这条指令一定会执行！嗯，这里要注意。如果你在漏洞利用时构造 ROP 链，延迟槽里的指令必须放有效操作，否则程序会崩溃。
RISC-V：开源的新势力
RISC-V 是后起之秀。我最近两年在不少国产芯片上看到了它的身影。它的指令集非常简洁，基础指令只有 40 多条。
RISC-V 的寄存器命名很直观：
| 寄存器 | 别名 | 用途 |
|---|---|---|
| x0 | zero | 恒为 0，写入无效 |
| x1 | ra | 返回地址 |
| x2 | sp | 栈指针 |
| x10-x17 | a0-a7 | 函数参数 |
我个人觉得 RISC-V 的生态还在成长中。但它的模块化设计（RV32I、RV64I、M 扩展等）让芯片厂商可以按需裁剪，这对安全分析来说，意味着每个芯片的指令集子集都可能不同。
内存映射与寄存器
嵌入式系统的内存布局，说白了就是一张「地址分配表」。CPU 通过地址总线访问外设，本质上和访问内存没有区别——这就是内存映射 I/O。
我见过太多固件漏洞，根源就是开发者没搞清楚内存映射。比如：
- 把只读区域当成了可写
- 访问了未映射的地址空间，触发总线错误
- 外设寄存器的地址算错了
寄存器是 CPU 和外设沟通的「信箱」。每个外设都有一组控制/状态/数据寄存器。比如 UART 的收发寄存器，你往里面写数据就是发送，读数据就是接收。
我曾经在分析一个蓝牙芯片时，发现它的某个控制寄存器有隐藏位。数据手册没写，但固件里确实在操作。后来我通过动态调试才确认，那是厂商预留的测试模式入口。
外设通信协议：I2C / SPI / UART
这三个协议是嵌入式系统的「三驾马车」。搞固件安全，不懂它们怎么行？
I2C：两线制，多设备
I2C 只有两根线：SCL（时钟）和 SDA（数据）。所有设备挂在同一条总线上，通过地址区分。
我遇到过一种攻击方式：通过注入额外的时钟脉冲，让 I2C 从设备的状态机跑飞，从而读取到不该访问的内存区域。
SPI：四线制，高速
SPI 有四个信号：SCK、MOSI、MISO、CS。它是全双工的，速度比 I2C 快很多。
SPI 的 CS（片选）信号很关键。如果固件在切换设备时没有正确拉高 CS，就可能造成总线冲突。我在一个存储设备上就见过这种问题，导致数据被写乱。
UART：异步串口
UART 是最简单的通信方式。没有时钟线，靠波特率同步。三根线：TX、RX、GND。
UART 是固件调试的「生命线」。很多设备会通过 UART 输出调试信息，甚至暴露一个 shell。我建议你拿到设备后，第一件事就是找 UART 接口——往往就在 PCB 上的排针或测试点上。
中断与 DMA 机制
中断是 CPU 响应外部事件的「门铃」。没有中断，CPU 就得不停地轮询——那效率太低了。
中断处理流程大致是：
- 外设产生中断信号
- CPU 保存当前上下文（PC、寄存器等）
- 跳转到中断向量表对应的处理函数
- 执行中断服务程序（ISR）
- 恢复上下文，返回
我在分析固件时，特别关注中断向量表。如果攻击者能篡改它，就能劫持所有中断。这是一种很隐蔽的持久化手段。
DMA 是「数据搬运工」。它不需要 CPU 参与，就能在外设和内存之间搬数据。这对高速外设（比如网卡、显示控制器）特别有用。
DMA 有个安全隐患：如果 DMA 的源地址或目的地址可以被用户控制，攻击者就能实现任意内存读写。我见过一个案例，攻击者通过操控 DMA 描述符，绕过了系统的权限检查。
本章知识体系
下面这张图，是我梳理的本章核心逻辑。你可以把它当作一张「思维导图」来用。
这张图把本章内容串起来了。你看，CPU 架构是核心，内存映射和寄存器是基础，通信协议是「手脚」，中断和 DMA 是「神经系统」。搞懂这些，你就有了分析固件的基本功。
好了，这一章就到这里。记住，嵌入式系统的本质就是「CPU + 内存 + 外设」。后面的章节，我们会在这个基础上，深入固件的逆向分析和漏洞挖掘。