C语言及ARM中堆栈指针SP设置的理解与总结

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描述

1什么是栈

百度这么说:栈是一种特殊的线性表,是一种只允许在表的一端进行插入或删除操作的线性表。表中允许进行插入、删除操作的一端称为栈顶。表的另一端称为栈底。栈顶的当前位置是动态的,对栈顶当前位置的标记称为栈顶指针。当栈中没有数据元素时,称之为空栈。栈的插入操作通常称为进栈或入栈,栈的删除操作通常称为退栈或出栈。

简易理解:

客栈,即临时寄存的地方,计算机中的堆栈主要用来保存临时数据,局部变量和中断/调用子程序程序的返回地址。程序中栈主要是用来存储函数中的局部变量以及保存寄存器参数的,如果你用了操作系统,栈中还可能存储当前进线程的上下文。设置栈大小的一个原则是,保证栈不会下溢出到数据空间或程序空间.CPU在运行程序时,会自动的使用堆栈,所以堆栈指针SP就必须要在调用C程序前设定。

CPU的内存RAM空间存放规律一般是分段的,从地址向高地址,依次为:程序段(.text)、BSS段,上面还可能会有堆空间,然后最上面才是堆栈段。这样安排堆栈,是因为堆栈的特点决定的,堆栈的指针SP初始化一般在堆栈段的高地址,也就是内存的高地址,然后让堆栈指针向下增长(其实就是递减)。

这样做的好处就是堆栈空间远离了其他段,不会跟其他段重叠,造成修改其他段数据,而引起不可预料的后果,还有设置堆栈大小的原则,要保证栈不会下溢出到数据空间或者程序空间。所谓堆栈溢出,是指堆栈指针SP向下增长到其他段空间,如果栈指针向下增长到其他段空间,称为堆栈溢出。堆栈溢出会修改其他空间的值,严重情况下可造成死机.

2堆栈指针的设置

开始将堆栈指针设置在内部RAM,是因为不是每个板上都有外部RAM,而且外部RAM的大小也不相同,而且如果是SDRAM,还需要初始化,在内部RAM开始运行的一般是一个小的引导程序,基本上不怎么使用堆栈,因此将堆栈设置在内部RAM,但这也就要去改引导程序不能随意使用大量局部变量。

片内4K的SRAM,SDRAM大小64M,从0x30000000到0x33FFFFFF,当程序在片内SRAM运行的时候,sp的值设置为4096,当程序在SDRAM内运行的时候sp设置为0x34000000,当程序在内部SRAM运行,若已经初始化SDRAM,此时也可以将堆栈指针设置为0x34000000,更加防止了堆栈溢出。
 

3栈的整体作用

保存现场;

传递参数:汇编代码调用 C 函数时,需传递参数;

保存临时变量:包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量;

1)  保存现场

现场,意思就相当于案发现场,总有一些现场的情况,要记录下来的,否则被别人破坏掉之后,你就无法恢复现场了。而此处说的现场,就是指 CPU 运行的时候,用到了一些寄存器,比如 r0,r1 等等,对于这些寄存器的值,如果你不保存而直接跳转到子函数中去执行,那么很可能就被其破坏了,因为其函数执行也要用到这些寄存器。因此,在函数调用之前,应该将这些寄存器等现场,暂时保持起来(入栈 push),等调用函数执行完毕返回后(出栈 pop),再恢复现场。这样CPU就可以正确的继续执行了。

保存寄存器的值,一般用的是 push 指令,将对应的某些寄存器的值,一个个放到栈中,把对应的值压入到栈里面,即所谓的压栈。然后待被调用的子函数执行完毕的时候,再调用 pop,把栈中的一个个的值,赋值给对应的那些你刚开始压栈时用到的寄存器,把对应的值从栈中弹出去,即所谓的出栈。其中保存的寄存器中,也包括 lr 的值(因为用 bl 指令进行跳转的话,那么之前的 PC 的值是存在 lr 中的),然后在子程序执行完毕的时候,再把栈中的 lr 的值 pop 出来,赋值给 PC,这样就实现了子函数的正确的返回

2)  传递参数

C 语言进行函数调用的时候,常常会传递给被调用的函数一些参数,对于这些 C 语言级别的参数,被编译器翻译成汇编语言的时候,就要找个地方存放一下,并且让被调用的函数能够访问,否则就没发实现传递参数了。对于找个地方放一下,分两种情况。一种情况是,本身传递的参数不多于 4 个,就可以通过寄存器 r0~r3 传送参数。因为在前面的保存现场的动作中,已经保存好了对应的寄存器的值,那么此时,这些寄存器就是空闲的,可以供我们使用的了,那就可以放参数。另一种情况是,参数多于 4 个时,寄存器不够用,就得用栈了。

3)  临时变量保存在栈中

包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

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