單片機(jī)編程中關(guān)于堆棧的一些問(wèn)題

編譯器在生成代碼使用兩個(gè)堆棧：一個(gè)是用于子程序調(diào)用和中斷操作的硬件堆棧，一個(gè)是用于以堆棧結(jié)構(gòu)傳遞的參數(shù)臨時(shí)變量和局部變量的軟件堆棧。硬件堆棧是從數(shù)據(jù)內(nèi)存的頂部開(kāi)始分配的，在硬件堆棧下面再分配一定數(shù)量的字節(jié)作為軟件堆棧。硬件堆棧和軟件堆棧均為向下生長(zhǎng)型的堆棧(注意：這與51單片機(jī)相反)。

通常如果你的程序沒(méi)有子程序調(diào)用也不調(diào)用象帶有%f 格式的printf()等庫(kù)函數(shù)，那么默認(rèn)的16 字節(jié)應(yīng)該在大多數(shù)的例子中能良好工作。在絕大多數(shù)程序中除了很繁重的遞歸調(diào)用程序再入式函數(shù)，最多40 個(gè)字節(jié)的硬件堆棧應(yīng)該是足夠的。

如果函數(shù)的調(diào)用層次太深，有可能會(huì)發(fā)生硬件堆棧溢出到軟件堆棧中，改變了軟件堆棧中數(shù)據(jù)的內(nèi)容，同樣，當(dāng)定義了太多的局部變量或一個(gè)局部集合變量太多也有可能出現(xiàn)軟件堆棧溢出到動(dòng)態(tài)分配的數(shù)據(jù)區(qū)，兩個(gè)堆棧都有可能溢出，如果堆棧溢出，會(huì)引起不可預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤?？梢允褂枚褩z查函數(shù)檢測(cè)兩個(gè)堆棧是否溢出。

在Target的頁(yè)面中有一個(gè)Return Stack Sizi選項(xiàng)，用于指定硬件堆棧(保存函數(shù)返回值)的大小，通常如果子程序調(diào)用嵌套不深(不超過(guò)4層)，那么使用默認(rèn)的16字節(jié)就足夠了，如果使用了浮點(diǎn)函數(shù)，則至少應(yīng)設(shè)定為30個(gè)字節(jié)。在一般情況下，除了層次很深的遞歸調(diào)用及使用了%f格式說(shuō)明符外，設(shè)定為40個(gè)字節(jié)就足夠了。

硬件堆棧是從數(shù)據(jù)內(nèi)存的頂部開(kāi)始分配的，而軟件堆棧是在它下面一定數(shù)量字節(jié)處分配。硬件堆棧和數(shù)據(jù)內(nèi)存的大小是受在編譯器選項(xiàng)中的目標(biāo)裝置項(xiàng)設(shè)定限制的。數(shù)據(jù)區(qū)從0x60 開(kāi)始分配。在IO 空間后面是正確的。允許數(shù)據(jù)區(qū)和軟件堆棧彼此相向生長(zhǎng)。

如果你選擇的目標(biāo)裝置帶有32K 或64K 的外部SRAM，那么堆棧是放在內(nèi)部SRAM的頂部而且向低內(nèi)存地址方向生長(zhǎng)。參考程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存的使用。任意一個(gè)程序失敗的重要原因是堆棧溢出到其它數(shù)據(jù)內(nèi)存的范圍，兩個(gè)堆棧中的任意一個(gè)都可能溢出，并且當(dāng)一個(gè)堆棧溢出時(shí)會(huì)偶然產(chǎn)生壞的事情，你可以使用堆棧檢查函數(shù)檢測(cè)溢出情況 。

關(guān)于堆棧檢查函數(shù)：

啟動(dòng)代碼在硬件堆棧和軟件堆棧的最低字節(jié)分別寫(xiě)進(jìn)一個(gè)代碼(0xaa)，把這個(gè)代碼稱(chēng)為警戒線。如果硬件堆棧和軟件堆棧如果溢出過(guò)，則警戒字節(jié)的代碼(0xaa)就會(huì)被改變，堆棧檢查函數(shù)就是通過(guò)檢查這兩個(gè)堆棧的最低字節(jié)的代碼是否被改變來(lái)判斷兩個(gè)堆棧是否溢出。通過(guò)調(diào)用_StackCheck(void)函數(shù)來(lái)檢查堆棧溢出，如果警戒線字節(jié)中的代碼仍然保持正確的值，那么函數(shù)檢查通過(guò)，沒(méi)有溢出。如果堆棧溢出，那么警戒線字節(jié)將可能被破壞，_StackCheck(void)函數(shù)檢查到警戒線判斷字節(jié)中的代碼被改變，就判斷相應(yīng)的堆棧溢出(當(dāng)程序堆棧溢出，程序可能運(yùn)行不正?；蚺既槐罎?，該函數(shù)再調(diào)用函數(shù)_StackOverflowed(char c)，如果參數(shù)是1，那么硬件堆棧有過(guò)溢出;如果參數(shù)是0，那么軟件堆棧曾經(jīng)溢出。

在使用堆棧檢查函數(shù)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、在使用堆棧檢查函數(shù)時(shí)，前必須用#i nclude "macros.h"預(yù)處理。

2、如果使用自己的啟動(dòng)文件，在ICCAVR6.20以后的版中，如果使用的啟動(dòng)文件中沒(méi)有警戒線的內(nèi)容，ICCAVR也會(huì)自動(dòng)添加警戒線。而在ICCAVR6.20以前的版本中，必須自己添加該部分內(nèi)容，否則生成的代碼中堆棧分配將不帶警戒線。

3、如果使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，必須跳過(guò)警戒線字節(jié)_bss_end來(lái)分配您的堆(即增加一個(gè)字節(jié))，詳見(jiàn)內(nèi)存分配函數(shù)說(shuō)明

4、當(dāng)_StackCheck(void)函數(shù)檢測(cè)到警戒線字節(jié)被改變，則會(huì)調(diào)用一個(gè)默認(rèn)的_StackOverflowed 函數(shù)來(lái)跳轉(zhuǎn)到程序存儲(chǔ)器0的位置(復(fù)位向量地址)。可以指定或重新編寫(xiě)一個(gè)新的函數(shù)來(lái)代替它，例如可以用新函數(shù)來(lái)指示是哪個(gè)堆棧溢出等，但這個(gè)函數(shù)也不可能執(zhí)行太多的功能或讓程序恢復(fù)到正常狀態(tài)。因?yàn)槎褩Ｒ绯龊?，?huì)更改掉一些有用的數(shù)據(jù)，引起不可預(yù)測(cè)的錯(cuò)誤，甚至使程序死機(jī)。

下面用一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明堆棧檢查函數(shù)的作用：

main( )

{

init( ) //調(diào)用初始化程序

float a,b;

a=1.0;

b=1.0;

printf("a = %fn", a);

printf("b = %fn", b);

_StackCheck( ); //調(diào)用堆棧檢查函數(shù)

}

_StackOverflowed(char c)

{

if (c == 1)

puts("trashed HW stack"); //硬件堆棧溢出

else

puts("trashed SW stack"); //軟件堆棧溢出

}

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