[转]再识Cortex-M3之堆栈

原地址https://blog.csdn.net/liaoxu02/article/details/48107651

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，绝大多数的16位指令只能使用R0-R7，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，R8-R12称为高组寄存器，只有很少的16位Thumb指令能访问他们，32位的Thumb-2指令则不受限制。

访问堆栈用堆栈指针，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，用于实现”后进先出“的缓冲区。其最典型的应用，就是在数据处理前先保存寄存器的值，再在处理任务完成后从中恢复先前保护的这些值。
注：寄存器的PUSH和POP操作永远都是4字节对齐的。原因是：堆栈指针的最低两位永远是0。

栈内存操作
在Cortex-M3中，除了可以使用PUSH和POP指令来处理堆栈外，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，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。

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

PUSH/POP指令足够体贴，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，SP先自减4，在存入新的数值。如下图：

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：主堆栈和进程堆栈，CONTROL[1]决定如何选择。
当CONTROL[1]=0时，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=[1]=1时，线程模式将不再使用MSP，而改用PSP（handler模式永远使用MSP）。
这里写图片描述
这样的好处是：在使用OS的环境下，只要OS内核仅在handler模式下执行，用户应用程序仅在用户模式下执行，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，OS就能够获取用户应用程序使用的堆栈，进一步地知道了在发生异常时，被压入寄存器的内容，而且还可以把其它寄存器进一步压栈。