詳解單片機(jī)堆棧

看關(guān)于單片機(jī)方面的書籍的時候，總是能看到別人說的一些堆棧啊什么的操作，之前看到這個術(shù)語就直接跳過，沒想到去探究單片機(jī)內(nèi)部的原理。但是最近課程學(xué)習(xí)微機(jī)原理這門課，需要我們寫匯編程序，匯編里面經(jīng)常遇到堆棧這個東西，所以就找了個時間把堆棧給徹底的搞一下。

如果了解一點(diǎn)匯編編程話，就可以知道，堆棧是內(nèi)存中一段連續(xù)的存儲區(qū)域，用來保存一些臨時數(shù)據(jù)。通常用來保存CALL指令調(diào)用子程序時的返回地址，RET指令從堆棧中獲取返回地址。中斷指令I(lǐng)NT調(diào)用中斷程序時，將標(biāo)志寄存器值、代碼段寄存器CS值、指令指針寄存器IP值保存在堆棧中。

堆棧也可以用來保存其他數(shù)據(jù)。

堆棧操作由PUSH，POP兩條指令來完成；

堆棧操作的操作數(shù)均為子類型（兩個字節(jié)）進(jìn)行操作。

程序內(nèi)存可以分為幾個區(qū)，棧區(qū)（stack），堆區(qū)（Heap），全局區(qū)（static），文字常亮區(qū)，程序代碼區(qū)。

程序編譯之后，全局變量，靜態(tài)變量已經(jīng)分配好內(nèi)存空間，在函數(shù)運(yùn)行時，程序需要為局部變量分配?？臻g，當(dāng)中斷來時，也需要將函數(shù)指針入棧，保護(hù)現(xiàn)場，以便于中斷處理完之后再回到之前執(zhí)行的函數(shù)。

棧是從高到低分配，堆是從低到高分配。

我們一般說的堆棧指的棧。堆棧又分硬堆棧和軟堆棧，硬堆棧即SP，從片內(nèi)RAM的頂部向下生長。軟堆棧在硬堆棧跟全局變量區(qū)之間的空間，C51函數(shù)調(diào)用通過R0-R7和棧來實(shí)現(xiàn)。

為什么單片機(jī)啟動時，不需要用bootloader將代碼從ROM搬移到RAM，而ARM則需要。這里我們可以先看看單片機(jī)程序執(zhí)行的過程，單片機(jī)執(zhí)行分三個步驟，取執(zhí)行---分析指令----執(zhí)行指令。取指令的任務(wù)是：根據(jù)PC的值從程序存儲器讀出指令，送到指令寄存器。然后分析執(zhí)行執(zhí)行。這樣單片機(jī)就從內(nèi)部程序存儲器去代碼指令，從RAM存取相關(guān)數(shù)據(jù)。要知道RAM取數(shù)的速度是遠(yuǎn)高于ROM的，但是單片機(jī)因?yàn)楸旧磉\(yùn)行頻率不高，所以從ROM取指令慢并不影響。而ARM不同，cpu運(yùn)行的頻率高，遠(yuǎn)大于從ROM讀寫的速度，所以一般有操作系統(tǒng)，都需要將代碼部分拷貝到RAM中再執(zhí)行。

再來看一個網(wǎng)上很流行的經(jīng)典例子：

main.cpp

int a = 0; 全局初始化區(qū)

char *p1; 全局未初始化區(qū)

main（）

{

int b; 棧

char s［］ = “abc”; 棧

char *p2; 棧

char *p3 = “123456”; 123456/0在常量區(qū)，p3在棧上。

static int c =0； 全局（靜態(tài)）初始化區(qū)

p1 = （char *）malloc（10）; 堆

p2 = （char *）malloc（20）; 堆

}

不知道你是否有點(diǎn)明白了，堆和棧的第一個區(qū)別就是申請方式不同：棧（英文名稱是stack）是系統(tǒng)自動分配空間的，例如我們定義一個 char a；系統(tǒng)會自動在棧上為其開辟空間。而堆（英文名稱是heap）則是程序員根據(jù)需要自己申請的空間，例如malloc（10）；開辟十個字節(jié)的空間。由于棧上的空間是自動分配自動回收的，所以棧上的數(shù)據(jù)的生存周期只是在函數(shù)的運(yùn)行過程中，運(yùn)行后就釋放掉，不可以再訪問。而堆上的數(shù)據(jù)只要程序員不釋放空間，就一直可以訪問到，不過缺點(diǎn)是一旦忘記釋放會造成內(nèi)存泄露。

網(wǎng)上一個很好的比喻，摘抄下來，以便理解：

使用棧就象我們?nèi)ワ堭^里吃飯，只管點(diǎn)菜（發(fā)出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，不必理會切菜、洗菜等準(zhǔn)備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作，他的好處是快捷，但是自由度小。

使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜肴，比較麻煩，但是比較符合自己的口味，而且自由度大。

總結(jié)：

其實(shí)堆棧就是單片機(jī)中的一些存儲單元，這些存儲單元被指定保存一些特殊信息，比如地址（保護(hù)斷點(diǎn)）和數(shù)據(jù)（保護(hù)現(xiàn)場）。

如果非要給他加幾個特點(diǎn)的話那就是：1、這些存儲單元中的內(nèi)容都是程序執(zhí)行過程中被中斷打斷時，事故現(xiàn)場的一些相關(guān)參數(shù)。如果不保存這些參數(shù)，單片機(jī)執(zhí)行完中斷函數(shù)后就無法回到主程序繼續(xù)執(zhí)行了。

2、這些存儲單元的地址被記在了一個叫做堆棧指針（SP）的地方。

好了，以上就是這些。