freertos入门---栈的概念
freertos入门—栈的概念
1 栈的概念
栈也是一块内存空间，CPU的SP寄存器指向它，它可以用于函数调用、局部变量、多任务系统里保存现场。栈对于多任务系统非常的重要，每个任务都有自己的栈，我们只有深入理解栈的作用，才能深入理解多任务系统。
2 函数调用
我们首先编写一个程序，程序流程为：在主函数中调用函数a_func（），在a_func（）中调用b_func（）与c_func（）。
#include "stm32f10x.h"
int g_cnt;
int b_func(volatile int a)
{
a += 2;
return a;
}
int c_func(volatile int a)
{
a += 3;
return a;
}
void a_func(volatile int a)
{
g_cnt = b_func(a);
g_cnt = c_func(g_cnt);
}
int main(void)
{
char ch = 65;
volatile int i = 99;
a_func(i);
return 0;
}
接着利用下述方法生成反汇编码：
fromelf --text -a -c --output=test.dis .\Objects\点亮一个LED灯.axf
打开生成的反汇编码，将反汇编码显示如下：
函数调用的本质就是使用 BL 指令，但是我们main函数调用 a_func 函数时，我们设置了LR。然后我们在 a_func 函数里调用 b_func 函数时，又使用同样的 BL 指令设置 LR 等于另外一个值，那么我们的 LR 不就是被覆盖了吗？由此我们引出以下问题：
- LR被覆盖了，怎么办？
- 局部变量在栈中如何分配？
- 为何每个RTOS任务中都有自己的栈？
在函数调用过程中，我们调用函数a，我们设置了 LR 等于函数 a 执行完后的返回地址，在函数 a 中我们马上去调用函数 b，BL 指令同时会去设置 LR，会把之前的 LR 覆盖掉，那么显然在 LR 被覆盖前会去保存 LR。
同样在函数 b 中，我们不管三七二十一，也是先把 LR 保存下来，后面我们可能不会去修改 LR ，但是为了以防万一，或者说编译器为了统一处理，在函数入口处会保存 LR。
接着我们把函数调用时栈的分配具体讲解：
-
假设一开始，寄存器指向某一位置，我们调用 main 函数，保存 r3 以及 lr 。
-
main 函数调用函数 a，会去保存 lr 和 r0。
-
函数 a 调用函数 b ，函数 b 里也去保存两个寄存器。
-
接着我们调用函数 c ，那么函数 c 的栈是在 函数 b 的栈下面吗？答案是否定的，我们调用完函数 b 后，函数 b 的栈就被回收了，所以当函数 b 的栈被回收后，我们才开始分配函数 c 的栈。
所以，在每一个c函数的入口，会划分出自己的栈，保存 LR 进栈里，保存局部变量。
2 局部变量
对于局部变量的讲解，我们从下面 main 函数中的局部变量开始分析：
一进入 main 函数时，就入栈了若干个寄存器：
我们分析 MOVS r2,#0x41 ，0x41是65，那么我们的 r2 寄存器其实就是局部变量 ch ,所以说局部变量有可能保存寄存器中，不一定保存在内存里，当我们加上 volatile 后它就保存在内存里了，或者说寄存器不够用时也保存在内存里。
继续分析 MOVS r0,#0x63 , 0X63 是99，那么 r0 是 i 变量，接着将 r0 写入[sp,#0]中，所以变量i是保存在栈中。
所以 main 函数一进来的时候他就划分了栈，在栈中保存了一些寄存器，它使用保持寄存器的方式给我们划分出了一块空间，这块空间在后面代码我们分析了知道 [sp,#0] 对应的是 i 。
我们继续分析 MOVS r4,#0xc8 ，0xc8 是 200 ，那么 r4 是 uch 变量。该变量保存在寄存器中而不是内存中。
3 RTOS如何使用栈
为什么每一个 RTOS 任务都要有一个属于自己的栈？我们以下面函数 b 为例，在函数中它会将变量 a 加 2 ，然后返回这个新的值。
现在假设有两个任务，Task_A 中定义一个变量 cnt ，然后定义一个死循环，在这个死循环中不断的去累加这个 cnt ，任务 b 也是一样。
那么这两个任务如何运行呢？任务A运行一阵子发生切换，然后任务B运行一阵子再发生切换，接着再发生切换，这个切换在哪发生我们根本无法控制。
我们来看下面一个场景，函数 a 调用函数 b ，他可能辛辛苦苦才执行到 ADDS r0,r0,#2 ，这个数值还未返回就发生了切换：
在任务A发生切换时会先保存A的现场然后恢复B，任务B发生切换时会先保存B的现场然后恢复A。
&emsps; 以人为例，这个人要看两本书，一本是语文一本是数学。他的脑子只有一个，只能先读语文再读数学，学腻之后再看语文再看数学。一开始的时候语文读到了100页，读累了想看数学了，那得在100页加入书签。看了200页数学也看累了，那得在200页处加入书签，然后从前面语文100页处继续看。这加书签就是保存现场，从书签那里继续看就是恢复现场。
任务A运行到黑线这个位置，辛辛苦苦把 r0 加上了2，但是很不幸在这里我们还没有使用这个新结果呢，我就被切换出去了，那怎么办？我们辛辛苦苦算出的结果不能够浪费，在这个场景里是 r0 ,在其他的场景里可能是 r1 或者 r2 ，所以干脆把所有的寄存器都保存下来。那么这些寄存器保存在什么位置，我们分析下处理器架构。
保存的寄存器只能保存在内存里。假设任务A一开始的时候我们给它分配了一块内存，我们让sp寄存器指向addr a，分配 Task_A 函数的栈，接着 Task_A 函数调用 b 函数，分配 b 函数的栈，任务 A 发生切换时是被内核的定时器中断函数来切换，定时器中断函数需要保存任务 A 的现场，保存切换瞬间所有的寄存器到任务A的栈里面。
当保存现场完成后sp指向最后，并且将sp记录到任务A的结构体中。为什么需要在任务A的结构体中记录sp，因为以后切换的时候我们需要先找到任务A的结构体，从这结构体中我们才可以找到sp，把sp赋给硬件的寄存器。
接着我们应该讲解任务 B 的恢复，但是任务 B 的恢复与任务 A 的恢复一样，因此我们以任务 A 的恢复进行讲解。恢复任务 A 首先找到任务 A 的结构体得到 A 的sp。得到任务 A 的sp后我们就可以把保存的寄存器值全部恢复到硬件上，恢复到 cpu 里。这样虽然在 ADDS r0,r0,#2 发生了切换，但是恢复现场后寄存器的值都能被恢复到cpu中，因此可以继续执行下面的程序。
所以RTOS中每个任务有不同的栈是因为：1.有不同的调用关系 2.有自己的局部变量 3.保存现场