对单片机堆栈的理解

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。 

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