首先,你要明白一個概念,指針,是做什么的?答案是,指針,是指向地址的。程序指針,指向的空間,在物理上是Flash,在邏輯上,就是代碼空間。比如說51單片機(jī)的PC指針,指向的就是Flash,即程序下一步要執(zhí)行的指令的地址。
數(shù)據(jù)指針,指向的空間,在物理上有Flash和RAM,在邏輯上是Flash里的常數(shù)空間和數(shù)據(jù)空間,注意,是對于單片機(jī)來說,對于我們的電腦,常數(shù)空間不是在Flash上。
比如說51單片機(jī)的DPTR,如果用MOVC A,@A+DPTR,此時,就是指向常數(shù)空間,如果用MOVX A,@A+DPTR就是指向的數(shù)據(jù)空間。
堆棧指針,指向的空間,在物理上是RAM,在邏輯上,就是數(shù)據(jù)空間,是特定的數(shù)據(jù)空間,堆棧是數(shù)據(jù)空間中單獨(dú)劃分出來,專門用于寄存中間結(jié)果的內(nèi)存空間。
數(shù)據(jù)指針和堆棧指針主要有兩個區(qū)別:
一是數(shù)據(jù)指針可以指向Flash,即可以指向常數(shù),比如說我們定義一個數(shù)組 unsigned char code Table[99],此時,就是DPTR可以指向常數(shù)空間。堆棧指針是不可以的,只能是指向RAM。
第二個區(qū)別,堆棧指針指向的是特定的數(shù)據(jù)空間,這個特定的數(shù)據(jù)空間,是從整個數(shù)據(jù)空間里劃分出來,專門用于作堆棧用的,堆棧區(qū)間一旦劃分出來,堆棧指針在規(guī)則上,就只能在這個范圍內(nèi)活動,如果出了這個范圍,可能導(dǎo)致整個程序的崩潰。而數(shù)據(jù)指針在規(guī)則上,可以指向整個數(shù)據(jù)空間,但是,可以讀堆棧空間,不應(yīng)該去修改,否則也可能導(dǎo)致程序的崩潰。
在51單片機(jī)中,SP棧指針是一個專用的8位寄存器,
系統(tǒng)復(fù)位后,SP初始化為07H,使得堆棧指針實(shí)際上是由08H單元開始。 在響應(yīng)中斷或子程序調(diào)用時,發(fā)生入棧操作,入棧的是16位PC值; 51中有PUSH壓入和POP彈出棧操作指令,
如有必要,在中斷或調(diào)用子程序時可用POSU指令把PSW或其它需要保護(hù)的寄存器的內(nèi)容
壓入堆棧加以保護(hù);返回前再使用POP指令把它們恢復(fù)。
51的內(nèi)部RAM只有從00H到7FH共計128字節(jié)的空間,而且00H~1FH是工作寄存器區(qū), 所以SP的設(shè)定一般設(shè)定是從20H到70H這個范圍。 51堆棧的容量最大也不會超過128字節(jié)。
1、在計算機(jī)領(lǐng)域,堆棧是一個不容忽視的概念,但是很多人甚至是計算機(jī)專業(yè)的人也沒有明確堆棧其實(shí)是兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。堆棧都是一種數(shù)據(jù)項(xiàng)按序排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),只能在一端(稱為棧頂(top))對數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行插入和刪除。要點(diǎn):堆,順序隨意。棧,后進(jìn)先出(Last-In/First-Out)。區(qū)分隊(duì)列 先進(jìn)先出
2、堆棧是一塊保存數(shù)據(jù)的連續(xù)內(nèi)存。 一個名為堆棧指針(SP)的寄存器指向堆棧的頂部。 堆棧的底部在一個固定的地址。 堆棧的大小在運(yùn)行時由內(nèi)核動態(tài)地調(diào)整。 CPU實(shí)現(xiàn)指令 PUSH和POP, 向堆棧中添加元素和從中移去元素。 堆棧由邏輯堆棧幀組成。
當(dāng)調(diào)用函數(shù)時邏輯堆棧幀被壓入棧中, 當(dāng)函數(shù)返回時邏輯 堆棧幀被從棧中彈出。 堆棧幀包括函數(shù)的參數(shù), 函數(shù)地局部變量, 以及恢復(fù)前一個堆棧 幀所需要的數(shù)據(jù), 其中包括在函數(shù)調(diào)用時指令指針(IP)的值。 堆棧既可以向下增長(向內(nèi)存低地址)也可以向上增長, 這依賴于具體的實(shí)現(xiàn)。 在我 們的例子中, 堆棧是向下增長的。 這是很多計算機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式, 包括Intel, Motorola, SPARC和MIPS處理器。
堆棧指針(SP)也是依賴于具體實(shí)現(xiàn)的。 它可以指向堆棧的最后地址, 或者指向堆棧之后的下一個空閑可用地址。 在我們的討論當(dāng)中, SP指向堆棧的最后地址。 除了堆棧指針(SP指向堆棧頂部的的低地址)之外, 為了使用方便還有指向幀內(nèi)固定 地址的指針叫做幀指針(FP)。 有些文章把它叫做局部基指針(LB-local base pointer)。 從理論上來說, 局部變量可以用SP加偏移量來引用。 然而, 當(dāng)有字被壓棧和出棧后, 這 些偏移量就變了。
盡管在某些情況下編譯器能夠跟蹤棧中的字操作, 由此可以修正偏移 量, 但是在某些情況下不能。 而且在所有情況下, 要引入可觀的管理開銷。 而且在有些 機(jī)器上, 比如Intel處理器, 由SP加偏移量訪問一個變量需要多條指
令才能實(shí)現(xiàn)。 因此, 許多編譯器使用第二個寄存器, FP, 對于局部變量和函數(shù)參數(shù)都可以引用, 因?yàn)樗鼈兊紽P的距離不會受到PUSH和POP操作的影響。 在Intel CPU中, BP(EBP)用于這 個目的。 在Motorola CPU中, 除了A7(堆棧指針SP)之外的任何地址寄存器都可以做FP。 考慮到我們堆棧的增長方向, 從FP的位置開始計算, 函數(shù)參數(shù)的偏移量是正值, 而局部 變量的偏移量是負(fù)值。 當(dāng)一個例程被調(diào)用時所必須做的第一件事是保存前一個FP(這樣當(dāng)例程退出時就可以 恢復(fù))。 然后它把SP復(fù)制到FP, 創(chuàng)建新的FP, 把SP向前移動為局部變量保留空間。 這稱為 例程的序幕(prolog)工作。 當(dāng)例程退出時, 堆棧必須被清除干凈, 這稱為例程的收尾 (epilog)工作。 Intel的ENTER和LEAVE指令, Motorola的LINK和UNLINK指令, 都可以用于 有效地序幕和收尾工作。
3、普通的8051MCU堆棧指針只有8位,所以堆棧不可能超過256字節(jié)13086.
SP:堆棧指針(SP,Stack Pointer),專門用于指出堆棧頂部數(shù)據(jù)的地址。
堆棧介紹:日常生活中,我們都注意到過這樣的現(xiàn)象,家里洗的碗,一只一只摞起來,最晚放上去的放在最上面,而最早放上去的則放在最下面,在取的時候正好相反,先從最上面取,這種現(xiàn)象我們用一句話來概括:“先進(jìn)后出,后進(jìn)先出”。請大家想想,還有什么地方有這種現(xiàn)象?其實(shí)比比皆是,建筑工地上堆放的磚頭、材料,倉庫里放的貨物,都是“先進(jìn)后出,后進(jìn)先出”,這實(shí)際是一種存取物品的規(guī)則,我們稱之為“堆棧”。
在單片機(jī)中,我們也能在RAM中構(gòu)造這樣一個區(qū)域,用來存放數(shù)據(jù),這個區(qū)域存放數(shù)據(jù)的規(guī)則就是“先進(jìn)后出,后進(jìn)先出”,我們稱之為“堆棧”。為什么需要這樣來存放數(shù)據(jù)呢?存儲器本身不是能按地址來存放數(shù)據(jù)嗎?對,知道了地址的確就能知道里面的內(nèi)容,但如果我們需要存放的是一批數(shù)據(jù),每一個數(shù)據(jù)都需要知道地址那不是麻煩嗎?如果我們讓數(shù)據(jù)一個接一個地放置,那么我們只要知道第一個數(shù)據(jù)所在地址單元就能了(看圖2)如果第一個數(shù)據(jù)在27H,那么第二、三個就在28H、29H了。所以利用堆棧這種辦法來放數(shù)據(jù)能簡化操作
那么51中堆棧什么地方呢?單片機(jī)中能存放數(shù)據(jù)的區(qū)域有限,我們不能夠?qū)iT分配一塊地方做堆棧,所以就在內(nèi)存(RAM)中開辟一塊地方,用于堆棧,但是用內(nèi)存的哪一塊呢?還是不好定,因?yàn)?1是一種通用的單片機(jī),各人的實(shí)際需求各不相同,有人需要多一些堆棧,而有人則不需要那么多,所以怎么分配都不合適,怎樣來解決這個問題?分不好干脆就不分了,把分的權(quán)利給用戶(編程者),根據(jù)自已的需要去定吧,所以51單片機(jī)中堆棧的位置是能變化的。而這種變化就體現(xiàn)在SP中值的變化,看圖2,SP中的值等于27H不就相當(dāng)于是一個指針指向27H單元嗎?當(dāng)然在真正的51機(jī)中,開始指針?biāo)傅奈恢貌⒎蔷褪菙?shù)據(jù)存放的位置,而是數(shù)據(jù)存放的前一個位置,比如一開始指針是指向27H單元的,那么第一個數(shù)據(jù)的位置是28H單元,而不是27H單元,為什么會這樣?
什么是堆棧?MCS-51單片機(jī)的堆棧怎樣設(shè)置的?
答:程序設(shè)計時,往往需要一個后進(jìn)先出的RAM區(qū),以保存CPU的現(xiàn)場。這種后進(jìn)先出的緩沖區(qū),就稱為堆棧。
MCS-51單片的堆棧原則上設(shè)在內(nèi)部RAM的任意區(qū)域內(nèi) 。但是,一般設(shè)在31H~7FH的范圍之間,棧頂?shù)奈恢糜蓷V羔楽P指出。
51單片機(jī)堆棧操作指令舉例說明
這4類指令的作用是把直接尋址單元的內(nèi)容傳送到堆棧指針SP所指的單元中,以及把SP
所指單元的內(nèi)容送到直接尋址單元中。這類指令只有兩條,下述的第一條常稱為入棧操作指令,第二條稱為出棧操作指令。需要指出的是,單片機(jī)開機(jī)復(fù)位后,(SP)默認(rèn)為07H,但一般都需要重新賦值,設(shè)置新的SP首址。入棧的第一個數(shù)據(jù)必須存放于SP+1所指存儲單元,故實(shí)際的堆棧底為SP+1所指的存儲單元。
堆棧操作指令有兩條: PUSH direct POP direct 第一條指令稱之為推入,就是將direct中的內(nèi)容送入堆棧中,第二條指令稱之為彈出,就是將堆棧中的內(nèi)容送回到direct中。推入指令的執(zhí)行過程是,首先將SP中的值加1,然后把SP中的值當(dāng)作地址,將direct中的值送進(jìn)以 堆棧操作指令有兩條: PUSH direct POP direct
第一條指令稱之為推入,就是將direct中的內(nèi)容送入堆棧中,第二條指令稱之為彈出,就是將堆棧中的內(nèi)容送回到direct中。推入指令的執(zhí)行過程是,首先將SP中的值加1,然后把SP中的值當(dāng)作地址,將direct中的值送進(jìn)以SP中的值為地址的RAM單元中。例: MOV SP,
#5FH MOV A,
#100 MOV B,
#20 PUSH ACC
PUSH B
則執(zhí)行第一條PUSH ACC指令是這樣的:將SP中的值加1,即變?yōu)?0H,然后將A中的值送到60H單元中,因此執(zhí)行完本條指令后, 內(nèi)存60H單元的值就是100,同樣,執(zhí)行PUSH B時,是將SP+1,即變?yōu)?1H,然后將B中的值送入到61H單元中,即執(zhí)行完本條指令后,61H單元中的值變?yōu)?0。
POP指令的在單片機(jī)中執(zhí)行是這樣的,首先將SP中的值作為地址,并將此地址中的數(shù)送到POP指令后面的那個direct中,然后SP減1。 接上例: POP B POP ACC 則執(zhí)行過程是:將SP中的值(現(xiàn)在是61H)作為地址,取61H單元中的數(shù)值(現(xiàn)在是20),送到B中,所以執(zhí)行完本條指令后B中的值是20,然后將SP減1,因此本條指令執(zhí)行完后,SP的值變?yōu)?0H,然后執(zhí)行POP ACC,將SP中的值(60H)作為地址,從該地址中取數(shù)(現(xiàn)在是100),并送到ACC中,所以執(zhí)行完本條指令后,ACC中的值是100。
這有什么意義呢?ACC中的值本來就是100,B中的值本來就是20,是的,在本例中,的確沒有意義,但在實(shí)際工作中,則在PUSH B后一般要執(zhí)行其他指令,而且這些指令會把A中的值,B中的值改掉,所以在程序的結(jié)束,如果我們要把A和B中的值恢復(fù)原值,那么這些指令就有意義了。 還有一個問題,如果我不用堆棧,比如說在PUSH ACC指令處用MOV 60H,A,在PUSH B處用指令MOV 61H,B,然后用MOV A,60H,MOV B,61H來替代兩條POP指令,不是也一樣嗎?是的,從結(jié)果上看是一樣的,但是從過程看是不一樣的,PUSH和POP指令
都是單字節(jié),單周期指令,而MOV指令則是雙字節(jié),雙周期指令。更何況,堆棧的作用不止于此,所以一般的計算機(jī)上都設(shè)有堆棧,單片機(jī)也是一樣,而我們在編寫子程序,需要保存數(shù)據(jù)時,常常也不采用后面的辦法,而是用堆棧的辦法來實(shí)現(xiàn)。 例:寫出以下單片機(jī)程序的運(yùn)行結(jié)果 MOV 30H,
#12 MOV 31H,
#23 PUSH 30H
PUSH 31H POP 30H POP 31H
結(jié)果是30H中的值變?yōu)?3,而31H中的值則變?yōu)?2。也就兩者進(jìn)行了數(shù)據(jù)交換。從這個例程能看出:使用堆棧時,入棧的書寫次序和出棧的書寫次序必須相反,才能保證數(shù)據(jù)被送回原位,不然就要出錯了。 另外特別注意事項(xiàng):
進(jìn)行堆棧操作時,我們不能: PUSH R0 PUSH R1 而只能: PUSH 00H PUSH 01H POP也是一樣。
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