对单片机堆栈的理解

最新推荐文章于 2025-05-17 23:42:25 发布

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#嵌入式 #操作系统

本文详细介绍了单片机中的堆栈概念，包括其在内存中的位置、作用、操作指令以及与堆的区别。堆栈用于保存临时数据，如返回地址、标志寄存器值等，由PUSH和POP指令管理。讨论了单片机与ARM启动时的不同，并通过代码示例解释了栈与堆的申请方式和生命周期。堆栈是单片机执行中断和函数调用时保存现场的关键机制。

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看关于单片机方面的书籍的时候，总是能看到别人说的一些堆栈啊什么的操作，之前看到这个术语就直接跳过，没想到去探究单片机内部的原理。但是最近课程学习微机原理这门课，需要我们写汇编程序，汇编里面经常遇到堆栈这个东西，所以就找了个时间把堆栈给彻底的搞一下。

如果了解一点汇编编程话，就可以知道，堆栈是内存中一段连续的存储区域，用来保存一些临时数据。通常用来保存CALL指令调用子程序时的返回地址，RET指令从堆栈中获取返回地址。中断指令INT调用中断程序时，将标志寄存器值、代码段寄存器CS值、指令指针寄存器IP值保存在堆栈中。
堆栈也可以用来保存其他数据。
堆栈操作由PUSH,POP两条指令来完成；
堆栈操作的操作数均为子类型（两个字节）进行操作。

程序内存可以分为几个区，栈区（stack），堆区（Heap），全局区（static），文字常亮区，程序代码区。
程序编译之后，全局变量，静态变量已经分配好内存空间，在函数运行时，程序需要为局部变量分配栈空间，当中断来时，也需要将函数指针入栈，保护现场，以便于中断处理完之后再回到之前执行的函数。
栈是从高到低分配，堆是从低到高分配。
我们一般说的堆栈指的栈。堆栈又分硬堆栈和软堆栈，硬堆栈即SP，从片内RAM的顶部向下生长。软堆栈在硬堆栈跟全局变量区之间的空间，C51函数调用通过R0-R7和栈来实现。
为什么单片机启动时，不需要用bootloader将代码从ROM搬移到RAM，而ARM则需要。这里我们可以先看看单片机程序执行的过程，单片机执行分三个步骤，取执行---分析指令----执行指令。取指令的任务是：根据PC的值从程序存储器读出指令，送到指令寄存器。然后分析执行执行。这样单片机就从内部程序存储器去代码指令，从RAM存取相关数据。要知道RAM取数的速度是远高于ROM的，但是单片机因为本身运行频率不高，所以从ROM取指令慢并不影响。而ARM不同，cpu运行的频率高，远大于从ROM读写的速度，所以一般有操作系统，都需要将代码部分拷贝到RAM中再执行。