1什么是棧
百度這么說:棧是一種特殊的線性表,是一種只允許在表的一端進行插入或刪除操作的線性表。表中允許進行插入、刪除操作的一端稱為棧頂。表的另一端稱為棧底。棧頂的當前位置是動態的,對棧頂當前位置的標記稱為棧頂指針。當棧中沒有數據元素時,稱之為空棧。棧的插入操作通常稱為進棧或入棧,棧的刪除操作通常稱為退棧或出棧。
簡易理解:
客棧,即臨時寄存的地方,計算機中的堆棧主要用來保存臨時數據,局部變量和中斷/調用子程序程序的返回地址。程序中棧主要是用來存儲函數中的局部變量以及保存寄存器參數的,如果你用了操作系統,棧中還可能存儲當前進線程的上下文。設置棧大小的一個原則是,保證棧不會下溢出到數據空間或程序空間.CPU在運行程序時,會自動的使用堆棧,所以堆棧指針SP就必須要在調用C程序前設定。
CPU的內存RAM空間存放規律一般是分段的,從地址向高地址,依次為:程序段(.text)、BSS段,上面還可能會有堆空間,然后最上面才是堆棧段。這樣安排堆棧,是因為堆棧的特點決定的,堆棧的指針SP初始化一般在堆棧段的高地址,也就是內存的高地址,然后讓堆棧指針向下增長(其實就是遞減)。
這樣做的好處就是堆棧空間遠離了其他段,不會跟其他段重疊,造成修改其他段數據,而引起不可預料的后果,還有設置堆棧大小的原則,要保證棧不會下溢出到數據空間或者程序空間。所謂堆棧溢出,是指堆棧指針SP向下增長到其他段空間,如果棧指針向下增長到其他段空間,稱為堆棧溢出。堆棧溢出會修改其他空間的值,嚴重情況下可造成死機.
2堆棧指針的設置
開始將堆棧指針設置在內部RAM,是因為不是每個板上都有外部RAM,而且外部RAM的大小也不相同,而且如果是SDRAM,還需要初始化,在內部RAM開始運行的一般是一個小的引導程序,基本上不怎么使用堆棧,因此將堆棧設置在內部RAM,但這也就要去改引導程序不能隨意使用大量局部變量。
片內4K的SRAM,SDRAM大小64M,從0x30000000到0x33FFFFFF,當程序在片內SRAM運行的時候,sp的值設置為4096,當程序在SDRAM內運行的時候sp設置為0x34000000,當程序在內部SRAM運行,若已經初始化SDRAM,此時也可以將堆棧指針設置為0x34000000,更加防止了堆棧溢出。
3棧的整體作用
保存現場;
傳遞參數:匯編代碼調用 C 函數時,需傳遞參數;
保存臨時變量:包括函數的非靜態局部變量以及編譯器自動生成的其他臨時變量;
1) 保存現場
現場,意思就相當于案發現場,總有一些現場的情況,要記錄下來的,否則被別人破壞掉之后,你就無法恢復現場了。而此處說的現場,就是指 CPU 運行的時候,用到了一些寄存器,比如 r0,r1 等等,對于這些寄存器的值,如果你不保存而直接跳轉到子函數中去執行,那么很可能就被其破壞了,因為其函數執行也要用到這些寄存器。因此,在函數調用之前,應該將這些寄存器等現場,暫時保持起來(入棧 push),等調用函數執行完畢返回后(出棧 pop),再恢復現場。這樣CPU就可以正確的繼續執行了。
保存寄存器的值,一般用的是 push 指令,將對應的某些寄存器的值,一個個放到棧中,把對應的值壓入到棧里面,即所謂的壓棧。然后待被調用的子函數執行完畢的時候,再調用 pop,把棧中的一個個的值,賦值給對應的那些你剛開始壓棧時用到的寄存器,把對應的值從棧中彈出去,即所謂的出棧。其中保存的寄存器中,也包括 lr 的值(因為用 bl 指令進行跳轉的話,那么之前的 PC 的值是存在 lr 中的),然后在子程序執行完畢的時候,再把棧中的 lr 的值 pop 出來,賦值給 PC,這樣就實現了子函數的正確的返回
2) 傳遞參數
C 語言進行函數調用的時候,常常會傳遞給被調用的函數一些參數,對于這些 C 語言級別的參數,被編譯器翻譯成匯編語言的時候,就要找個地方存放一下,并且讓被調用的函數能夠訪問,否則就沒發實現傳遞參數了。對于找個地方放一下,分兩種情況。一種情況是,本身傳遞的參數不多于 4 個,就可以通過寄存器 r0~r3 傳送參數。因為在前面的保存現場的動作中,已經保存好了對應的寄存器的值,那么此時,這些寄存器就是空閑的,可以供我們使用的了,那就可以放參數。另一種情況是,參數多于 4 個時,寄存器不夠用,就得用棧了。
3) 臨時變量保存在棧中
包括函數的非靜態局部變量以及編譯器自動生成的其他臨時變量。
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原文標題:C語言及ARM中堆棧指針SP設置的理解與總結
文章出處:【微信號:mcuworld,微信公眾號:嵌入式資訊精選】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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