基于ARM的硬件启动程序设计-初始化堆栈

最新推荐文章于 2024-03-17 23:35:54 发布

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本文介绍ARM处理器不同模式下的堆栈初始化过程。针对7种运行状态，分别设置对应的堆栈指针寄存器（SP），并通过修改状态寄存器内的状态位实现模式切换。文章详细展示了管理模式、中断模式等的堆栈地址配置。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

ARM有7种运行状态，每一种状态的堆栈指针寄存器(SP)都是独立的。所以，对于程序中需要用的每一种处理器模式，都要给SP定义一个堆栈地址。流程为：修改状态寄存器内的状态位，使处理器切换到需要的模式，然后给SP赋值。需要注意的是：不要切换到User模式进行该模式下的堆栈设置，因为进入User模式后就不能再操作CPSR返回到其他模式了。

先定义各种模式对应的CPSR寄存器M[4:0]的值，该值决定了进入何种模式，可参考相关数据手册。

Mode_USR        EQU     0x10
Mode_FIQ        EQU     0x11
Mode_IRQ        EQU     0x12
Mode_SVC        EQU     0x13
Mode_ABT        EQU     0x17
Mode_UND        EQU     0x1B
Mode_SYS        EQU     0x1F
I_BIT           EQU     0x80 ; when I bit is set (1), IRQ is disabled
F_BIT           EQU     0x40 ; when F bit is set (1), FIQ is disabled

下面是初始化堆栈的代码段：

InitStack
        MOV     R0, LR

; /* 设置管理模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_SVC | I_BIT | F_BIT) ; 0xd3
        LDR     SP, StackSvc
; /* 设置中断模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_IRQ | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd2
        LDR     SP, StackIrq
; /* 设置快速中断模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_FIQ | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd1
        LDR     SP, StackFiq
; /* 设置中止模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_ABT | I_BIT | F_BIT)  ; 0xd7
        LDR     SP, StackAbt
; /* 设置未定义模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_UND | I_BIT | F_BIT)  ; 0xdb
        LDR     SP, StackUnd
; /* 设置系统模式堆栈 */
        MSR     CPSR_c, #(Mode_SYS | I_BIT | F_BIT)  ; 0xdf
        LDR     SP, StackUsr

        MOV     PC, R0

StackUsr           DCD     UsrStackSpace + (USR_STACK_LEGTH - 1) * 4
StackSvc           DCD     SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackIrq           DCD     IrqStackSpace + (IRQ_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackFiq           DCD     FiqStackSpace + (FIQ_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackAbt           DCD     AbtStackSpace + (ABT_STACK_LEGTH - 1)* 4
StackUnd           DCD     UndtStackSpace + (UND_STACK_LEGTH - 1)* 4

; /* 分配堆栈空间 */
        AREA    MyStacks, DATA, NOINIT, ALIGN=2
UsrStackSpace      SPACE   USR_STACK_LEGTH * 4 ;用户（系统）模式堆栈空间
SvcStackSpace      SPACE   SVC_STACK_LEGTH * 4 ;管理模式堆栈空间
IrqStackSpace      SPACE   IRQ_STACK_LEGTH * 4 ;中断模式堆栈空间
FiqStackSpace      SPACE   FIQ_STACK_LEGTH * 4 ;快速中断模式堆栈空间
AbtStackSpace      SPACE   ABT_STACK_LEGTH * 4 ;中止义模式堆栈空间
UndtStackSpace     SPACE   UND_STACK_LEGTH * 4 ;未定义模式堆栈

以管理模式堆栈空间为例说明一下。

SVC_STACK_LEGTH 定义为 16 ，分配结果为：分配16个4字节的存储空间，把该存储空间初始化为0，并且把SP指向堆栈底部（内存高位）。

从上面memory的内容上面可以看出。管理模式堆栈分配了从0x00008080~0x00008044 一共16*4字节空间。其中0x00008040地址存储器上放置的是0x00008080，也就是该堆栈底部的指针的值。

就是说，StackSvc           DCD     SvcStackSpace + (SVC_STACK_LEGTH - 1)* 4 这条32位的伪指令，经过编译后，是在0x00008040(StackSvc)地址上放置SvcStackSpace地址值(0x00008080)。也就是把0x00008080赋给了SP了。

再看看地址0x00008080~0x00008044 上的内容，全部是andeq   r0,r0,r0。从汇编指令格式来翻译，andeq r0,r0,r0翻译成16禁止代码后，刚好是0x00000000。