18.9 有关设置栈指针sp寄存器r13

Posted 2021-02-11 baixu

为什么在调用C程序时，要在汇编(.S)文件中设置栈指针sp(Stack Pointer) r13？设置栈指针的时候赋的值是多少，如何确定?

01 .text
02 .global _start
04 _start:
05
06     /*设置内存: sp栈*/
07     ldr sp, =4096 /* nand启动 */
08 //    ldr sp, =0x40000000+4096 /* nor启动 */
09
10 /* 调用main */
11     bl main
12 halt:
13     b halt

1.SDRAM的地址是 0x3000 0000 ~ 0x4000 0000。

2.Nand启动时，片内4K RAM基地址为0（在0地址处），NOR Flash不可访问。

3.NOR启动时，片内RAM地址为0x4000 0000，片内RAM在0x4000 0000后面的4K，此时的栈顶可以设置到内存的上限0x40000000 + 4K（4096）。

4.调用C函数时，返回地址、局部变量一般都保存在栈里，所以调用C程序时要设置栈指针。

5.之所以设成4096，是由于S4C2410、S3C2440从NAND Flash启动时，它的内部4K RAM的地址为0～4095，所以把栈指针指向最后（其实可以指向0~4096的任意位置，只要不破坏代码就可以）。

18.9.1 C语言及ARM中堆栈指针SP设置的理解

1.什么是栈

栈是一种特殊的线性表，是一种只允许在表的一端进行插入或删除操作的线性表。表中允许进行插入、删除操作的一端称为栈顶。表的另一端称为栈底。栈顶的当前位置是动态的，对栈顶当前位置的标记称为栈顶指针。当栈中没有数据元素时，称之为空栈。栈的插入操作通常称为进栈或入栈，栈的删除操作通常称为退栈或出栈。

简易理解：

客栈，即临时寄存的地方，计算机中的堆栈主要用来保存临时数据，局部变量和中断/调用子程序程序的返回地址。程序中，栈主要是用来存储函数中的局部变量以及保存寄存器参数的，如果你用了操作系统，栈中还可能存储当前进线程的上下文。设置栈大小的一个原则是，保证栈不会下溢出到数据空间或程序空间。CPU在运行C程序时，会自动的使用堆栈，所以堆栈指针SP就必须要在调用C程序前设定。

CPU的内存RAM空间存放规律一般是分段的，从低地址向高地址，依次为：程序段（.text），BSS段，上面还可能会有堆空间，然后最上面才是堆栈段，这样安排堆栈，是因为堆栈的特点决定的。所以堆栈的指针SP初始化一般在堆栈段的高地址，也就是内存的高地址，然后让堆栈指针向下增长（就是递减）。这样做的好处就是堆栈空间远离了其他段，不会跟其他段重叠，造成修改其他段数据，而引起不可预料的后果，还有设置堆栈大小的原则，要保证栈不会下溢出到数据空间或者程序空间。所谓堆栈溢出，是指堆栈指针SP向下增长到其他段空间，如果栈指针向下增长到其他段空间，称为堆栈溢出。堆栈溢出会修改其他空间的值，严重情况下可造成死机.

2.堆栈指针的设置

开始将堆栈指针设置在内部RAM，是因为不是每个板上都有外部RAM，而且外部RAM的大小也不相同，而且如果是SDRAM，还需要初始化，在内部RAM开始运行的一般是一个小的引导程序，基本上不怎么使用堆栈，因此将堆栈设置在内部RAM，但这也就要去改引导程序不能随意使用大量局部变量。

片内4K的SRAM，SDRAM大小64M，从0x30000000到0x33FFFFFF，当程序在片内SRAM运行的时候，sp的值设置为4096，当程序在SDRAM内运行的时候sp设置为0x34000000，当然当程序在内部SRAM运行，若已经初始化SDRAM，此时也可以将堆栈指针设置为0x34000000，更加防止了堆栈溢出。

3.栈的整体作用

1)保存现场；

现场，意思就相当于案发现场，总有一些现场的情况，要记录下来的，否则被别人破坏掉之后，你就无法恢复现场了。而此处说的现场，就是指CPU运行的时候，用到了一些寄存器，比如r0,r1等等，对于这些寄存器的值，如果你不保存而直接跳转到子函数中去执行，那么很可能就被其破坏了，因为其函数执行也要用到这些寄存器。因此，在函数调用之前，应该将这些寄存器等现场，暂时保持起来(入栈push)，等调用函数执行完毕返回后(出栈pop)，再恢复现场。这样CPU就可以正确的继续执行了。保存寄存器的值，一般用的是push指令，将对应的某些寄存器的值，一个个放到栈中，把对应的值压入到栈里面，即所谓的压栈。然后待被调用的子函数执行完毕的时候，再调用pop，把栈中的一个个的值，赋值给对应的那些你刚开始压栈时用到的寄存器，把对应的值从栈中弹出去，即所谓的出栈。其中保存的寄存器中，也包括lr的值（因为用bl指令进行跳转的话，那么之前的PC的值是存在lr中的），然后在子程序执行完毕的时候，再把栈中的lr的值pop出来，赋值给PC，这样就实现了子函数的正确的返回。

2)传递参数

C语言进行函数调用的时候，常常会传递给被调用的函数一些参数，对于这些C语言级别的参数，被编译器翻译成汇编语言的时候，就要找个地方存放一下，并且让被调用的函数能够访问，否则就没发实现传递参数了。对于找个地方放一下，分两种情况。一种情况是，本身传递的参数不多于4个，就可以通过寄存器r0~r3传送参数。因为在前面的保存现场的动作中，已经保存好了对应的寄存器的值，那么此时，这些寄存器就是空闲的，可以供我们使用的了，那就可以放参数。另一种情况是，参数多于4个时，寄存器不够用，就得用栈了。

3)临时变量保存在栈中

包括函数的非静态局部变量以及编译器自动生成的其他临时变量。

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