[转]再识CortexM3之堆栈

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Cortex-M3拥有通用寄存器R0-R15以及一些特殊功能寄存器。R0-R12是最”通用目的“的&＃xff0c;绝大多数的16位指令只能使用R0-R7&＃xff0c;而32位的Thumb-2指令则可以访问所有的通用寄存器。特殊功能寄存器必须通过专用的指令来访问。
通用目的寄存器R0-R7
R0-R7称为低组寄存器。所有指令都可以访问&＃xff0c;R8-R12称为高组寄存器&＃xff0c;只有很少的16位Thumb指令能访问他们&＃xff0c;32位的Thumb-2指令则不受限制。

访问堆栈用堆栈指针&＃xff0c;并且PUSH指令和POP指令默认使用SP。
堆栈的PUSH与POP
堆栈是一种存储器的使用模型。它由一块连续的内存和一个栈顶指针组成&＃xff0c;用于实现”后进先出“的缓冲区。其最典型的应用&＃xff0c;就是在数据处理前先保存寄存器的值&＃xff0c;再在处理任务完成后从中恢复先前保护的这些值。
注&＃xff1a;寄存器的PUSH和POP操作永远都是4字节对齐的。原因是&＃xff1a;堆栈指针的最低两位永远是0。

栈内存操作
在Cortex-M3中&＃xff0c;除了可以使用PUSH和POP指令来处理堆栈外&＃xff0c;内核还会在异常处理的始末自动PUSH和POP操作。
堆栈的基本操作
堆栈的功能就是把寄存器的数据临时备份在内存中&＃xff0c;以便将来能恢复之——在一个任务或一段子程序执行完毕后恢复。

.....&＃xff08;主程序&＃xff09;
; R0, R1&＃61;Y, R2&＃61;Z
BL Fx1Fx1PUSH {R0} ;把R0存入栈&调整SPPUSH {R1} ;把R1存入栈&调整SPPUSH {R2} ;把R2存入栈&调整SP..... ;执行Fx1的功能&＃xff0c;中途可以改变R0-R2的值POP {R2} ;恢复R2早先的值&再次调整SPPOP {R1} ;恢复R1早先的值&再次调整SPPOP {R0} ;恢复R0早先的值&再次调整SPBX LR ;返回
;返回主程序
;R0&＃61;X,R1&＃61;Y.R2&＃61;Z(调用Fx1的前后R0-R2的值完好无损)

PUSH/POP指令足够体贴&＃xff0c;支持一次操作多个寄存器。

Cortex-M3的堆栈实现
Cortex-M3使用的是”向下生长的满栈“模型。堆栈指针SP指向一个被压入堆栈的32位数值。在下一次压栈时&＃xff0c;SP先自减4&＃xff0c;在存入新的数值。如下图&＃xff1a;

在看看Cortex-M3的双堆栈机制
我们上面已经知道了堆栈是分为两个&＃xff1a;主堆栈和进程堆栈&＃xff0c;CONTROL[1]决定如何选择。
当CONTROL[1]&＃61;0时&＃xff0c;只使用MSP,此时用户程序和异常handler共享同一个堆栈。
这里写图片描述
当CONTROL&＃61;[1]&＃61;1时&＃xff0c;线程模式将不再使用MSP&＃xff0c;而改用PSP&＃xff08;handler模式永远使用MSP&＃xff09;。
这里写图片描述
这样的好处是&＃xff1a;在使用OS的环境下&＃xff0c;只要OS内核仅在handler模式下执行&＃xff0c;用户应用程序仅在用户模式下执行&＃xff0c;这样就可以防止用户程序的堆栈错误破坏OS使用的堆栈。
通过读取PSP的值&＃xff0c;OS就能够获取用户应用程序使用的堆栈&＃xff0c;进一步地知道了在发生异常时&＃xff0c;被压入寄存器的内容&＃xff0c;而且还可以把其它寄存器进一步压栈。