MCU的寄存器与内存的基本数据结构

主要记录 CPU Core 的寄存器模式的通用知识点与特性知识点，主要基于ARMv7M的CortexM3，或者ARMv8架构的。CortexM3不支持ARM指令，只支持绝大部分的Thumb-2指令集。

记住：CPU CORE的 StackPointers 、 链表数据结构，都是内存相关的数据操作。栈操作“好像”比链表操作更加基础（或者原始prime）或者更加的必不可少，因为CPU CORE有专门的StackPointers寄存器，诚然！但是不代表链表更差，他们只是在不同的领域各有所长，只不过栈操作更加必不可少，链表通常用于数据的有机组织（比如OS操作系统里的操作系统core对象的组织管理），构建操作系统的一个基本工具，同样十分重要。栈内存数据结构对于计算机系统好比衣食住行对于个人；链表内存数据结构对于计算机好比互联网网络、手机信号对于个人，有了它才能做更大的事情，也是必不可少的部分！

通用知识点记录

Stack Pointer 栈指针寄存器 （基于CortexM3）

栈术语相关的特性：

栈是一种先进后出的逻辑数据结构；

STM32F103的R13 Stack Pointer是一个栈指针寄存器，指向内存的栈区；

不同的MCU架构，可能有不同SP寄存器硬件层次的设计，比如CortexM3就有两个Stack Pointers: Main_SP和Process_SP，但是在任意时刻，只有一个SP（R3）在工作; Armv8-M架构甚至有4个StackPointers.

栈空间是MCU中内存（RAM）中划分的一片物理内存区域；

RAM中的栈空间，用于存储数据，比如重要的中间数据（C语言的局部变量）、函数调用地址、当然也可以存储重要的全局变量（比如FreeRTOS Kernel V10.5.1中PendSV中的任务切换中的 pxCurrentTCB）等；这里多说一句，因此，FreeRTOS Kernel V10.5.1 的 PendSV 中涉及到了 Main_SP和Process_SP不同的R13的PUSH和POP，所以pxCurrentTCB是新任务的栈区地址。

RTOS或者OS的任务切换，会切换StackPointer等所有CPU-Core寄存器，也包括StackPointer指向的内存栈区数据的一整套任务的context switch。但是函数调用不存在SP寄存器的切换，它只是纵向的PUSH和POP。尽管两者都是PUSH-POP，还是有本质区别的！

R15, Program Counter (PC)

程序指令计数寄存器，指向下一条需要执行的指令代码；

一般“正常程序”中不存在修改PC寄存器;

OS/RTOS中任务切换，是存在切换刷新PC寄存器，且必须；

PC寄存器，可读，可写；

R14, Link Register (LR)

在子函数中，LR链接寄存器，用来专门保存主函数的指令运行的地址位置。

当子函数或者子过程快要结束时，将LR寄存器的值存入PC寄存器，恢复到主函数的指令执行位置，会恢复到主函数中继续运行。在子函数或者子过程结束后，LR的值也会自动从栈区更新。

当调用子函数时，需要保存主函数的指令运行位置到LR寄存器中，否则主函数执行位置数据会丢失。主主函数的指令运行位置（即主函数的LR）则在退出主函数之后和进入子函数之前，被PUSH压栈