关于TriCore stack 管理一些概念的简单说明

目录

前言

1. TC1.6.2 core stack 管理相关寄存器

2. stack 管理时用户代码需提供的支持

3. stack 使用空间的评估

4. stack 的溢出

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前言

程序运行过程中，函数内部的局部变量或传参会放入 stack 中；内核架构文档中一般会定义使用哪个通用地址寄存器作为 stack pointer，编译器按照此要求实施 stack memory 寻址；以TC1.6.2 core 为例来说明 stack 管理的机制，其他内核与之类似；

1. TC1.6.2 core stack 管理相关寄存器

TC1.6.2 core 内核架构文档中定义了使用通用地址寄存器A[10] 作为 stack pointer；

另外，为了提高数据访问的安全性，TC1.6.2 core 支持中断使用单独的 stack pointer；ISP 为中断stack pointer  寄存器；

PSW.IS 位域控制ISP是否使用，

PSW.IS = 0 时，使用ISP 指向的stack 区域，中断发生时，硬件会先将ISP 的值加载到 stack pinter，然后再执行中断服务程序；

PSW.IS = 1 时，中断服务函数和其他所有函数一样，使用相同的stack memory, A[10]指向区域;

MCU RESET 后，PSW.IS 值为0，默认情况下，中断服务函数使用自己单独的stack；

2. stack 管理时用户代码需提供的支持

用户需要在 link 文件中为通用stack， 中断 stack 保留一定的memory 空间；至于 stack 所使用memory 空间的大小，和程序内部局部变量或传参的大小有关，正向评估不方便时，可以先给stack 分配一块较大的memory 空间，后面根据实际运行情况进行调整；

为stack 分配好存储空间后，要在初始化代码中，对中断相关的寄存器进行初始化（一般在启动代码中完成），根据 link 文件中，分配给 stack 的地址，为A[10]，ISP 赋入正确的值，PSW.IS 可根据实际使用情况赋初值；

stack 生长的方向可以由高地址向低地址，或相反；一个往下生长的 stack 如下：

实际程序运行过程中，stack pointer(A[10]) 和 interrupt stack pointer(ISP) 都是可以动态调整的，这就为OS 的 stack 管理提供了方便，用户可以为每个 task 和 interrupt 分配不同大小的stack，在OS 进行任务切换，或程序进入中断ISR后，切换 stack pointer 指向用户定义stack memory；以对不同task 和interrupt stack memory进行隔离，提高数据访问的安全性；

3. stack 使用空间的评估

OS 为不同task 和 interrupt 提供了不同的 stack memory，并管理 task 切换，中断ISR 执行时 stack pointer 的切换；

OS 一般提供有 stack 使用情况检测的服务；其实现的基本原理可以是：初始化时给stack memory 初始化为一个用户定义的无效值（比如0xCC）; 然后在每个task 或中断 ISR 退出时，检测其stack的使用情况，判断 stack memory 中有多少空间仍为定义的初始值，表示其并未使用，从而得到 task 或 interrupt 使用 stack 的大小；进行评估时，要保证测试case 的代码覆盖率，使task的所有代码得到充分执行；

4. stack 的溢出

stack 的溢出分 overflow 和 underflow；

overflow 是指在往stack 存临时变量的时候，stack memory 的空间 小于 存放临时变量所需的空间，导致临时变量存放到了 stack memory 外的地址空间；

例如上图中，临时变量继续往下放，放到了地址0xFF对应的memory 空间；

而 stack 外的memory 空间有可能被其他代码使用，这样相当于这部分代码使用的变量被篡改了，就有可能造成程序行为异常；

OS 一般提供 stack overflow 的检测，其实现的机制和OS stack 使用情况评估的方法类似，初始化时给stack memory 赋一个初值，然后运行过程中检测 stack bottom 的值是否被临时变量赋的值覆盖，如果没有，表示 stack  没有 overflow，反之表示 stack overflow；

stack underflow 是指临时变量存入了 stack top 外的空间；

例如上图中，临时变量存到了地址 0x201 对应的memory 空间；

下面的情况可能造成 stack underflow；一个函数的传参为 512 个元素 uint8 类型的数组，而函数中用 memcopy 函数给这个传参赋值，但调用 memcopy 函数时设置的数据copy 长度大于512，此种情况可能造成 stack underflow；

将task 和interrupt 的 stack memory 分配在一块连续的存储空间，这样可以用OS 中相邻 task stack overflow 的检测来变相检测当前 task stack 的underflow 事件；

程序流跳转时伴随着上下文现场信息切换及 stack 的使用及释放；上下文切换机制可参考：

TriCore 程序流切换时现场保护及恢复机制说明-优快云博客