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匯編調(diào)用c函數(shù)為什么要設(shè)置棧
計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，堆棧是一個(gè)不容忽視的概念，堆棧是兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。堆棧都是一種數(shù)據(jù)項(xiàng)按序排列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，只能在一端(稱為棧頂(top))對(duì)數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行插入和刪除。在單片機(jī)應(yīng)用中，堆棧是個(gè)特殊的存儲(chǔ)區(qū)，主要功能是暫時(shí)存放數(shù)據(jù)和地址，通常用來保護(hù)斷點(diǎn)和現(xiàn)場。要點(diǎn):堆，隊(duì)列優(yōu)先,先進(jìn)先出。棧，先進(jìn)后出(First-In/Last-Out)。匯編調(diào)用c函數(shù)為什么要設(shè)置棧，下面我們一起來看看。
一.棧的整體作用
(1)保存現(xiàn)場/上下文
(2)傳遞參數(shù):匯編代碼調(diào)用c函數(shù)時(shí)，需傳遞參數(shù)
(3)保存臨時(shí)變量:包括函數(shù)的非靜態(tài)局部變量以及編譯器自動(dòng)生成的其他臨時(shí)變量。
二.為什么匯編代碼調(diào)用c函數(shù)需要設(shè)置棧
之前看了很多關(guān)于uboot的分析，其中就有說要為C語言的運(yùn)行，準(zhǔn)備好棧。而自己在Uboot的start.S匯編代碼中，關(guān)于系統(tǒng)初始化，也看到有棧指針初始化這個(gè)動(dòng)作。但是，從來只是看到有人說系統(tǒng)初始化要初始化棧，即正確給棧指針sp賦值，但是卻從來沒有看到有人解釋，為何要初始化棧。所以，接下來的內(nèi)容，就是經(jīng)過一定的探究，試圖來解釋一下，為何要初始化棧。
要明白這個(gè)問題，首先要了解棧的作用。關(guān)于棧的作用，要詳細(xì)講解的話，要很長的篇幅，所以此處只是做簡略介紹�？偟膩碚f，棧的作用就是：保存現(xiàn)場/上下文，傳遞參數(shù)，保存臨時(shí)變量
1.保存現(xiàn)場/上下文
現(xiàn)場/上下文，意思就相當(dāng)于案發(fā)現(xiàn)場，總有一些現(xiàn)場的情況，要記錄下來的，否則被別人破壞掉之后，你就無法恢復(fù)現(xiàn)場了。而此處說的現(xiàn)場，就是指CPU運(yùn)行的時(shí)候，用到了一些寄存器，比如r0,r1等等，對(duì)于這些寄存器的值，如果你不保存而直接跳轉(zhuǎn)到子函數(shù)中去執(zhí)行，那么很可能就被其破壞了，因?yàn)槠浜瘮?shù)執(zhí)行也要用到這些寄存器。因此，在函數(shù)調(diào)用之前，應(yīng)該將這些寄存器等現(xiàn)場，暫時(shí)保持起來(入棧push)，等調(diào)用函數(shù)執(zhí)行完畢返回后(出棧pop)，再恢復(fù)現(xiàn)場。這樣CPU就可以正確的繼續(xù)執(zhí)行了。
保存寄存器的值，一般用的是push指令，將對(duì)應(yīng)的某些寄存器的值，一個(gè)個(gè)放到棧中，把對(duì)應(yīng)的值壓入到棧里面，即所謂的壓棧。然后待被調(diào)用的子函數(shù)執(zhí)行完畢的時(shí)候，再調(diào)用pop，把棧中的一個(gè)個(gè)的值，賦值給對(duì)應(yīng)的那些你剛開始?jí)簵r(shí)用到的寄存器，把對(duì)應(yīng)的值從棧中彈出去，即所謂的出棧。
其中保存的寄存器中，也包括lr的值（因?yàn)橛胋l指令進(jìn)行跳轉(zhuǎn)的話，那么之前的pc的值是存在lr中的），然后在子程序執(zhí)行完畢的時(shí)候，再把棧中的lr的值pop出來，賦值給pc，這樣就實(shí)現(xiàn)了子函數(shù)的正確的返回。
2.傳遞參數(shù)
C語言進(jìn)行函數(shù)調(diào)用的時(shí)候，常常會(huì)傳遞給被調(diào)用的函數(shù)一些參數(shù)，對(duì)于這些C語言級(jí)別的參數(shù)，被編譯器翻譯成匯編語言的時(shí)候，就要找個(gè)地方存放一下，并且讓被調(diào)用的函數(shù)能夠訪問，否則就沒發(fā)實(shí)現(xiàn)傳遞參數(shù)了。對(duì)于找個(gè)地方放一下，分兩種情況。一種情況是，本身傳遞的參數(shù)不多于4個(gè)，就可以通過寄存器傳送參數(shù)。因?yàn)樵谇懊娴谋４娆F(xiàn)場的動(dòng)作中，已經(jīng)保存好了對(duì)應(yīng)的寄存器的值，那么此時(shí)，這些寄存器就是空閑的，可以供我們使用的了，那就可以放參數(shù)。另一種情況是，參數(shù)多于4個(gè)時(shí)，寄存器不夠用，就得用棧了。
3.臨時(shí)變量保存在棧中
包括函數(shù)的非靜態(tài)局部變量以及編譯器自動(dòng)生成的其他臨時(shí)變量。
4.舉例分析C語言函數(shù)調(diào)用是如何使用棧的
對(duì)于上面的解釋的棧的作用顯得有些抽象，此處再用例子來簡單說明一下，就容易明白了：用:arm-inux-objdump–d u-boot >dump_u-boot.txt可以得到dump_u-boot.txt文件。該文件就是中，包含了u-boot中的程序的可執(zhí)行的匯編代碼，其中我們可以看到C語言的函數(shù)的源代碼，到底對(duì)應(yīng)著那些匯編代碼。
下面貼出兩個(gè)函數(shù)的匯編代碼，一個(gè)是clock_init，另一個(gè)是與clock_init在同一C源文件中的，另外一個(gè)函數(shù)CopyCode2Ram：
�。�1）clock_init部分的代碼可以看到該函數(shù)第一行：33d009b0: e3a02313 mov r2, #1275068416 ;0x4c000000就沒有我們所期望的push指令，沒有去將一些寄存器的值放到棧中。這是因?yàn)�，我們clock_init這部分的內(nèi)容，所用到的r2,r3等等寄存器，和前面調(diào)用clock_init之前所用到的寄存器r0，沒有沖突，所以此處可以不用push去保存這類寄存器的值，不過有個(gè)寄存器要注意，那就是r14，即lr，其是在前面調(diào)用clock_init的時(shí)候，用的是bl指令，所以會(huì)自動(dòng)把跳轉(zhuǎn)時(shí)候的pc的值賦值給lr，所以也不需要push指令去將PC的值保存到棧中。而clock_init的代碼的最后一行:33d009f8:e1a0f00e mov pc, lr就是我們常見的movpc,lr，把lr的值，即之前保存的.函數(shù)調(diào)用時(shí)候的PC值，賦值給現(xiàn)在的PC，這樣就實(shí)現(xiàn)了函數(shù)的正確的返回，即返回到了函數(shù)調(diào)用時(shí)候下一個(gè)指令的位置。這樣CPU就可以繼續(xù)執(zhí)行原先函數(shù)內(nèi)剩下那部分的代碼了。
�。�2）CopyCode2Ram部分的代碼其第一行：33d0091c:e92d4070 push {r4, r5, r6, lr}就是我們所期望的，用push指令，保存了r4,r5,r以及l(fā)r。用push去保存r4,r5,r6，那是因?yàn)樗^的保存現(xiàn)場，以后后續(xù)函數(shù)返回時(shí)候再恢復(fù)現(xiàn)場，而用push去保存lr，那是因?yàn)榇撕瘮?shù)里面，還有其他函數(shù)調(diào)用：33d0092c: ebffffef bl 33d008f0
......
33d00984: ebffff14 bl 33d005dc
......
也用到了bl指令，會(huì)改變我們最開始進(jìn)入clock_init時(shí)候的lr的值，所以我們要用push也暫時(shí)保存起來。而對(duì)應(yīng)地，CopyCode2Ram的最后一行：33d009ac:e8bd8070 pop {r4, r5, r6,pc}就是把之前push的值，給pop出來，還給對(duì)應(yīng)的寄存器，其中最后一個(gè)是將開始push的lr的值，pop出來給賦給PC，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了函數(shù)的返回。另外，我們注意到，在CopyCode2Ram的倒數(shù)第二行是：33d009a8:e3a00000 mov r0, #0 ;0x0是把0賦值給r0寄存器，這個(gè)就是我們所謂返回值的傳遞，是通過r0寄存器的。此處的返回值是0，也對(duì)應(yīng)著C語言的源碼中的“return0”。
對(duì)于使用哪個(gè)寄存器來傳遞返回值：當(dāng)然你也可以用其他暫時(shí)空閑沒有用到的寄存器來傳遞返回值，但是這些處理方式，本身是根據(jù)ARM的APCS的寄存器的使用的約定而設(shè)計(jì)的，你最好不要隨便改變使用方式，最好還是按照其約定的來處理，這樣程序更加符合規(guī)范。
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