FreeRTOS学习（六）：通过实例深入理解栈的作用（不学FreeRTOS也值得看，对程序运行机制的理解很有帮助！）

原创已于 2025-02-25 13:00:32 修改

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#学习 #c语言 #单片机 #stm32 #嵌入式硬件 #mcu #物联网

于 2025-02-25 12:34:01 首次发布

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FreeRTOS学习（六）：通过实例深入理解栈的作用（不学FreeRTOS也值得看，对程序运行机制的理解很有帮助！）

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FreeRTOS学习（六）：通过实例深入理解栈的作用（不学FreeRTOS也值得看，对程序运行机制的理解很有帮助！）
前言
一、简单的函数对应的反汇编
二、现场的保存
总结

前言

看本章之前请先看->ARM架构基础：寄存器、栈操作与指令详解
在程序执行过程中，栈(Stack)扮演着至关重要的角色。本文将通过一个简单的C语言例子，结合其反汇编代码，来深入理解栈的作用。

一、简单的函数对应的反汇编

首先看一个简单的C语言函数：

void add_val(int *pa, int *pb) {
    volatile int tem;      // 声明一个临时变量
    tem = *pa;            // 获取第一个指针指向的值
    tem = tem + *pb;      // 将两个值相加
    *pa = tem;            // 存储结果
}

就是简单的a=a+b的加法
与之对应的反汇编是

    void add_val(int *pa, int *pb) { 
        volatile int tem;      // 声明一个易变的临时变量 
    PUSH     {r3,lr}
   	tem = *pa;            // 获取第一个指针指向的值 
   	LDR      r2,[r0,#0x00]      
   	STR      r2,[sp,#0x00]
 	tem = tem + *pb;      // 将第二个指针指向的值加到临时变量上 
 	LDR      r2,[r1,#0x00]
    LDR      r3,[sp,#0x00]
  	ADD      r2,r2,r3
    STR      r2,[sp,#0x00]
   *pa = tem;            // 将结果存回第一个指针指向的位置 
    LDR      r2,[sp,#0x00]
    STR      r2,[r0,#0x00]
  }

现在汇编看着很多很乱,没关系!
下面我们一步步分析!
在这里插入图片描述

首先如上图所示

pa和pb的值会存进R0和R1,因为在调用C语言函数的时候,第一个参数会保存在R0第二个参数会保存在R1

下面讲PUSH

在这里插入图片描述
保存r3和lr寄存器到栈上，为函数调用做准备
这里的r3是一个通用寄存器

这条指令会将r3和lr的值都压入栈

每个寄存器占4字节，总共压入8字节

这样就保证了栈的8字节对齐

实际上r3的值在这个函数中并没有特别用途

它主要是为了满足栈对齐的要求
在这里插入图片描述
LR保存的是返回地址

如果add_val函数内还要调用其他函数

新的函数调用会覆盖LR的值

所以需要先把LR保存到栈上

这就是为什么有PUSH {r3,lr}这个指令在这里插入图片描述
LR中保存的是函数调用指令的下一条指令的地址，这确保了函数能正确返回到调用点继续执行。

1.tem=*pa; 获取第一个指针指向的值,那它是如何实现的

在这里插入图片描述
LDR r2,[r0,#0x00] ; ->将pa指向的值加载到R2r0在这里就是pa，前面有讲
👇
R2寄存器取址&pa，去pa的地址上去读内存也就是存值，相当于R2=pa

STR r2,[sp,#0x00]; ->将R2的值存储到栈上的tem变量
👇
那R2的值存到哪里呢，存到[sp+0]的位置
栈是向下生长的，所以sp=sp-4的位置就是sp，把R3替换掉
也就是pa,刚好就是tem
在这里插入图片描述

2.tem=tem+*pb; 的实现：

680A      LDR      r2,[r1,#0x00]    ; 将pb指向的值加载到r2
9B00      LDR      r3,[sp,#0x00]    ; 将栈上的tem值加载到r3
441A      ADD      r2,r2,r3         ; r2 = r2 + r3
9200      STR      r2,[sp,#0x00]    ; 将结果存回栈上的tem

LDR r2,[r1,#0x00] -> R2=[R1+0]=[&pb]=pb
这里的R1等于pb是因为pb的值已经传给R1了，前面已经说了

LDR r3,[sp,#0x00] -> R3=[sp+0]=tem重新给R3赋值

ADD r2,r2,r3 -> R2=R2+R3=pb+tem

STR r2,[sp,#0x00] -> R2=[sp+0]把R2的值存进sp+0那就是tem
现在不就相当于tem=tem+pb了吗
我们继续

3.pa = tem;

9A00      LDR      r2,[sp,#0x00]    ; 将栈上的tem值加载到r2
6002      STR      r2,[r0,#0x00]    ; 将r2的值存储到pa指向的位置

LDR r2,[sp,#0x00] ->R2读取sp的值，也就是R2=[sp+0]=tem

STR r2,[r0,#0x00] ->把R2的值存到[R0+1]，也就是pa,所以这里就是pa=pb=tem

二、现场的保存

在这里插入图片描述
假如现在我这里读到R2的值，R2=pa=1是吧
我辛辛苦苦去读内存，我得到的值保存在R2这里，我R2的值还没来得及用呢，我本来在下面要把R2的值又写到内存里面去，还没来得及STR r2,[sp,#0x00]; 在这里的时候我就被中断出去了，你要去做其他各种乱七八糟的事情去了。那好，被中断的时候怎么保护现场，R2的值你是得保存下来，如果你不保存的话，下一次我们箭头这里继续执行的时候，R2的值有可能就不是1了
那我们要怎么保存现场呢？
什么叫现场？
就是
被打断的瞬间，这所有寄存器的值
cpu
👇
在这里插入图片描述