硬件堆栈和软件堆栈.doc

硬件堆栈和软件堆栈在AVR中的理解(2010-02-01 18:43:03)首先是从理论上的东西。网上转载来的，后面是看AVR代码时得出的一些东西。硬件堆栈：或许也可以称作系统堆栈，是位于片内RAM区。有人说，只要能使用PUSH，POP指令的单片机，都可以说含有硬件堆栈。这样的说法我个人觉得不是很全面。通过指令进行压栈和出栈操作只是系统堆栈中的一种操做。系统堆栈还可以被隐含调用。例如，当调用子程序时，系统会主动把返回地址压入堆栈，并不需要用户通过指令操作。通常，栈底设在内存的高端，也就是把内存的最高一段空间划作栈区。这些都是向下生长栈。栈指针可能是专用的寄存器，也可能借用一通用寄存器。也有单片机是在数据区里划一块作栈区，可能是向上生长，也可能是向下生长。硬件堆栈：是通过寄存器SPH，SPL做为索引指针的地址，是调用了CALL，RCALL等函数调用指令后硬件自动填充的堆栈！软件堆栈：是编译器为了处理一些参数传递而做的堆栈，会由编译器自动产生和处理，可以通过相应的编译选项对其进行编辑。简单一点说，硬件堆栈主要做为地址堆栈用，而软件堆栈主要会被分配成数据堆栈！-摘自AVR单片机C语言开发入门指导-P169-ICCAVR使用两个堆栈：一个用于子程序调用和中断操作的硬件堆栈，一个用于传递参数、临时变量和局部变量的软件堆栈。可以使用堆栈检测函数检测两个堆栈是否溢出。单片机在执行调用子程序的指令时，一般会把返回地址自动存入堆栈，而没有被单片机自动入栈但是也需要保存的内容比如状态寄存器、通用寄存器等，就得通过PUSH等指令把它们人为地保存到堆栈中。自动入栈和“人为入栈”可能使用的是一个堆栈指针。有的单片机可以分开，比如AVR，可以通过“ST -Y, R0”这样的指令把R0存入软件堆栈区（Y是由R28和R29两个寄存器的值组成的16位指针），有的单片机缺少这样的指令，就会把软件堆栈和硬件堆栈放在一个栈空间，都使用SP，比如51.看其栈顶指针是否和CPU具有特殊的关联，有关联者（如SP）“硬”，而无关联者“软”。如果没有硬堆栈，你可以选定一个寄存器作堆栈指针，通过软件实现堆栈操作。移植C/OS-II也不一定要硬堆栈。ARM 就很难说它的堆栈是软的还是硬的。32位的ARM指令中没有PUSH、POP指令。ARM习惯上用R13作堆栈指针（SP），但用别的寄存器作堆栈指针也未常不可。ARM习惯上用LDM/STM（多寄存器加载/存储指令）来操作堆栈，压多少，按什么顺序都能选择。应该说ARM是软硬结合的堆栈。C代码（AVR-GCC编译，优化等级-00）:#include int add(int a,int b)int c;c=a+b;return c;int main(void)int a=2,b=3,c=0;c=add(a,b);/c=sub(a,b);汇编代码：（省略一些boot代码）。00000054 :54:11 24eorr1, r156:1f beout0x3f, r1; 6358:cf e5ldir28, 0x5F; 95/此处Y指针和SP都指到了SRAM最高端5a:d4 e0ldir29, 0x04; 45c:de bfout0x3e, r29; 625e:cd bfout0x3d, r28; 61。0000008e :#include int add(int a,int b)8e:cf 93pushr2890:df 93pushr29/保存了Y指针，此时SP已经-2，这里再减292:cd b7inr28, 0x3d; 61/重新定位Y指针跟SP一样。94:de b7inr29, 0x3e; 6296:26 97sbiwr28, 0x06; 6/减掉6，即向下开了6字节的区域，存放3变量98:0f b6inr0, 0x3f; 639a:f8 94cli9c:de bfout0x3e, r29; 629e:0f beout0x3f, r0; 63a0:cd bfout0x3d, r28; 61a2:9a 83stdY+2, r25; 0x02a4:89 83stdY+1, r24; 0x01a6:7c 83stdY+4, r23; 0x04a8:6b 83stdY+3, r22; 0x03int c;c=a+b;aa:29 81lddr18, Y+1; 0x01ac:3a 81lddr19, Y+2; 0x02ae:8b 81lddr24, Y+3; 0x03b0:9c 81lddr25, Y+4; 0x04b2:82 0faddr24, r18b4:93 1fadcr25, r19b6:9e 83stdY+6, r25; 0x06b8:8d 83stdY+5, r24; 0x05return c;ba:8d 81lddr24, Y+5; 0x05bc:9e 81lddr25, Y+6; 0x06be:26 96adiwr28, 0x06; 6/加了6个字节空间，Y指针恢复到减6之前c0:0f b6inr0, 0x3f; 63c2:f8 94clic4:de bfout0x3e, r29; 62c6:0f beout0x3f, r0; 63c8:cd bfout0x3d, r28; 61ca:df 91popr29cc:cf 91popr28ce:08 95ret/弹出堆栈中2个字节000000d0 :int main(void)d0:c9 e5ldir28, 0x59; 89/这4句给SP和Y指针重新赋值了，很明显的在SP的d2:d4 e0ldir29, 0x04; 4/上面还有6个字节（SRAM最大到045E）,这6个字节d4:de bfout0x3e, r29; 62/被存放了a,b,c三个变量（可以与上面理论对应）d6:cd bfout0x3d, r28; 61/通过Y指针来保存了这三个变量到这个区域int a=2,b=3,c=0;d8:82 e0ldir24, 0x02; 2da:90 e0ldir25, 0x00; 0dc:9a 83stdY+2, r25; 0x02de:89 83stdY+1, r24; 0x01e0:83 e0ldir24, 0x03; 3e2:90 e0ldir25, 0x00; 0e4:9c 83stdY+4, r25; 0x04e6:8b 83stdY+3, r24; 0x03e8:1e 82stdY+6, r1; 0x06ea:1d 82stdY+5, r1; 0x05c=add(a,b);ec:6b 81lddr22, Y+3; 0x03ee:7c 81lddr23, Y+4; 0x04f0:89 81lddr24, Y+1; 0x01f2:9a 81lddr25, Y+2; 0x02f4:0e 94 47 00 call0x8e /使用call时自动将PC+2的地址压到堆栈f8:9e 83stdY+6, r25; 0x06fa:8d 83stdY+5, r24; 0x05/c=sub(a,b);fc:80 e0ldir24, 0x00; 0fe:90 e0ldir25, 0x00; 0100:0c 94 82 00 jmp0x104 00000104 :104:ff cfrjmp.-2; 0x104 r28和r29一起组成SP指针，Y指针可