單片機編程中關于堆棧的一些問題

編譯器在生成代碼使用兩個堆棧：一個是用于子程序調(diào)用和中斷操作的硬件堆棧，一個是用于以堆棧結構傳遞的參數(shù)臨時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型的堆棧(注意：這與51單片機相反)。

通常如果你的程序沒有子程序調(diào)用也不調(diào)用象帶有%f 格式的printf()等庫函數(shù)，那么默認的16 字節(jié)應該在大多數(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 個字節(jié)的硬件堆棧應該是足夠的。

如果函數(shù)的調(diào)用層次太深，有可能會發(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，當定義了太多的局部變量或一個局部集合變量太多也有可能出現(xiàn)軟件堆棧溢出到動態(tài)分配的數(shù)據(jù)區(qū)，兩個堆棧都有可能溢出，如果堆棧溢出，會引起不可預測的錯誤。可以使用堆棧檢查函數(shù)檢測兩個堆棧是否溢出。

在Target的頁面中有一個Return Stack Sizi選項，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4層)，那么使用默認的16字節(jié)就足夠了，如果使用了浮點函數(shù)，則至少應設定為30個字節(jié)。在一般情況下，除了層次很深的遞歸調(diào)用及使用了%f格式說明符外，設定為40個字節(jié)就足夠了。

硬件堆棧是從數(shù)據(jù)內(nèi)存的頂部開始分配的，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中的目標裝置項設定限制的。數(shù)據(jù)區(qū)從0x60 開始分配。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。

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(nèi)部SRAM的頂部而且向低內(nèi)存地址方向生長。參考程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存的使用。任意一個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，兩個堆棧中的任意一個都可能溢出，并且當一個堆棧溢出時會偶然產(chǎn)生壞的事情，你可以使用堆棧檢查函數(shù)檢測溢出情況 。

關于堆棧檢查函數(shù)：

啟動代碼在硬件堆棧和軟件堆棧的最低字節(jié)分別寫進一個代碼(0xaa)，把這個代碼稱為警戒線。如果硬件堆棧和軟件堆棧如果溢出過，則警戒字節(jié)的代碼(0xaa)就會被改變，堆棧檢查函數(shù)就是通過檢查這兩個堆棧的最低字節(jié)的代碼是否被改變來判斷兩個堆棧是否溢出。通過調(diào)用_StackCheck(void)函數(shù)來檢查堆棧溢出，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，沒有溢出。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，就判斷相應的堆棧溢出(當程序堆棧溢出，程序可能運行不正常或偶然崩潰)，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)時應注意以下幾點：

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

2、如果使用自己的啟動文件，在ICCAVR6.20以后的版中，如果使用的啟動文件中沒有警戒線的內(nèi)容，ICCAVR也會自動添加警戒線。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、如果使用動態(tài)內(nèi)存分配，必須跳過警戒線字節(jié)_bss_end來分配您的堆(即增加一個字節(jié))，詳見內(nèi)存分配函數(shù)說明

4、當_StackCheck(void)函數(shù)檢測到警戒線字節(jié)被改變，則會調(diào)用一個默認的_StackOverflowed 函數(shù)來跳轉到程序存儲器0的位置(復位向量地址)。可以指定或重新編寫一個新的函數(shù)來代替它，例如可以用新函數(shù)來指示是哪個堆棧溢出等，但這個函數(shù)也不可能執(zhí)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，會更改掉一些有用的數(shù)據(jù)，引起不可預測的錯誤，甚至使程序死機。

下面用一個簡單的實例來說明堆棧檢查函數(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

}