單片機編程中關(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)是用于子程序調用和中斷操作的硬件堆棧，一個(gè)是用于以堆棧結構傳遞的參數臨時(shí)變量和局部變量的軟件堆棧。硬件堆棧是從數據內存的頂部開(kāi)始分配的，在硬件堆棧下面再分配一定數量的字節作為軟件堆棧。硬件堆棧和軟件堆棧均為向下生長(cháng)型的堆棧(注意：這與51單片機相反)。

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

如果函數的調用層次太深，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據的內容，同樣，當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軟件堆棧溢出到動(dòng)態(tài)分配的數據區，兩個(gè)堆棧都有可能溢出，如果堆棧溢出，會(huì )引起不可預測的錯誤?？梢允褂枚褩z查函數檢測兩個(gè)堆棧是否溢出。

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

硬件堆棧是從數據內存的頂部開(kāi)始分配的，而軟件堆棧是在它下面一定數量字節處分配。硬件堆棧和數據內存的大小是受在編譯器選項中的目標裝置項設定限制的。數據區從0x60 開(kāi)始分配。在IO 空間后面是正確的。允許數據區和軟件堆棧彼此相向生長(cháng)。

如果你選擇的目標裝置帶有32K 或64K 的外部SRAM，那么堆棧是放在內部SRAM的頂部而且向低內存地址方向生長(cháng)。參考程序和數據內存的使用。任意一個(gè)程序失敗的重要原因是堆棧溢出到其它數據內存的范圍，兩個(gè)堆棧中的任意一個(gè)都可能溢出，并且當一個(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檢測溢出情況 。

關(guān)于堆棧檢查函數：

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

在使用堆棧檢查函數時(shí)應注意以下幾點(diǎn)：

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

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(xiàn)的內容，ICCAVR也會(huì )自動(dòng)添加警戒線(xiàn)。而在ICCAVR6.20以前的版本中，必須自己添加該部分內容，否則生成的代碼中堆棧分配將不帶警戒線(xiàn)。

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

4、當_StackCheck(void)函數檢測到警戒線(xiàn)字節被改變，則會(huì )調用一個(gè)默認的_StackOverflowed 函數來(lái)跳轉到程序存儲器0的位置(復位向量地址)?？梢灾付ɑ蛑匦戮帉?xiě)一個(gè)新的函數來(lái)代替它，例如可以用新函數來(lái)指示是哪個(gè)堆棧溢出等，但這個(gè)函數也不可能執行太多的功能或讓程序恢復到正常狀態(tài)。因為堆棧溢出后，會(huì )更改掉一些有用的數據，引起不可預測的錯誤，甚至使程序死機。

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

main( )

{

init( ) //調用初始化程序

float a,b;

a=1.0;

b=1.0;

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

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

_StackCheck( ); //調用堆棧檢查函數

}

_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

}