前面痞子衡講過嵌入式里的堆棧原理，本篇算是堆棧原理的工程實踐，更具體點說是在ARM Cortex-M上的應用。ARM Cortex-M家族發展至今已經很多代，我們且以最簡單的Cortex-M0為例來講述堆棧機制 ...
大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家介紹的是ARM Cortex-M堆棧機制。
今天給大家分享的這篇依舊是2016年之前痞子衡寫的技術文檔，花了點時間重新編排了一下格式。前面痞子衡講過 《嵌入式里的堆棧原理》，本篇算是堆棧原理的工程實踐，更具體點說是在ARM Cortex-M上的應用。ARM Cortex-M家族發展至今已經很多代，我們且以最簡單的Cortex-M0為例來講述堆棧機制：
1.基本規則
1.1 R13 / sp寄存器
R0-R12為通用寄存器，R13為系統堆棧指針sp，堆棧指針是用於訪問堆棧，也即系統的RAM區。Cortex-M0中採用了兩個堆棧指針：主堆棧指針（MSP）和進程堆棧指針（PSP），R13在任何時刻只能是其中一個，預設情況為MSP，可以通過控制寄存器（CONTORL）來改變。
MSP是系統複位後（即其處於Handler Mode）的指定sp（vector table的前4Byte自動載入），用於處理異常中斷。當結束Reset_Handler後，cpu進入正常運行狀態（即其處於Thread Mode），僅在此狀態下PSP才能被使用，當然MSP也可以使用。其後如有硬中斷來臨，則進入Handler Mode，如果硬體中斷結束，則返回Thread Mode。
關於MSP和PSP的選用，其是通過CONTORL寄存器來配置，僅在Thread Mode下才可設置CONTORL寄存器。一般情況下，沒有必要使用PSP，除非是有os存在時，MSP用於os內核的sp，而PSP用於thread級app的sp，這兩個sp需嚴格分開。
在編譯器中，可以通過r13（R13）或sp（SP）來訪問堆棧（具體是MSP和PSP由當時環境決定）；也可以通過指定的MRS、MSR指令來訪問MSP和PSP。
1.2棧結構
無OS的堆棧結構：
有OS的堆棧結構：
1.3棧操作
Cortex-M0中堆棧方向是向低地址方向增長，為滿堆棧機制。堆棧操作是通過PUSH和POP來完成操作的。
棧一般放在ARM的 RAM高位區，如某MCU中RAM地址為0x20000000-0x20007fff，共32KByte。棧大小設為4KByte的話，其地址一般就放在0x20007000-0x20007fff，其中0x20007000為絕對棧頂，0x20007ffc為絕對棧底，sp總是指向相對棧頂。第一個PUSH數據被存在絕對棧底（此時絕對棧底也是相對棧頂）。實際上，除了POP指令可以從棧頂中取數據外；MOV指令也可從任意位置取數據，但不會影響棧結構（即不影響其sp）。
由於ARM寄存器均是32bit，故PUSH和POP指令均是32bit訪問，故sp指針總是至少4Byte對齊（低2bit永遠為0）。有時編譯器也會分配8Byte對齊的棧，這是由於double浮點類型需要占用8Byte，為了處理方便，故將棧設為8Byte對齊。
2.入棧順序
入棧順序因編譯器、處理器系統、OS而異，C語言中並沒有強制規定入棧順序，此處主要是講ARM Cortex-M系列處理器在指定編譯器情況下的入棧順序。
2.1一般函數調用（通用）
上圖展示了在一般函數（無參無局部變數無返回值）嵌套調用時，關於sp的操作。在執行BL FunctionA指令時，LR記錄的是BL FunctionA的下一條順序指令，在進入FunctionA後執行的第一條操作便是PUSH {LR}即將下一條順序指令壓入棧中，然後才開始執行FunctionA函數體。函數體執行結束之後，使用POP {PC}指令將棧頂數據彈到PC中，即可返回繼續執行BL FunctionA的下一條順序指令。
2.2極端函數調用（平臺而異）
考慮一種極端情況來詳細講述入棧順序，即函數含有4個參數以上，函數體內定義了多個局部變數，並且還有返回值。這個情況比較特殊，痞子衡專門在IAR上做過一次實驗，詳見下圖：
至此，ARM Cortex-M堆棧機制痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪裡~~~
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