当前位置：首页 > article >正文

ARM CM3核压栈流程

article 2025/3/11 6:08:36

STM32F103 使用 ARM Cortex-M3 内核，与 STM32F013（Cortex-M0）相比，其压栈行为有所不同，主要体现在异常自动压栈和**手动压栈（函数调用）**两方面。

当 STM32F103 发生 中断或异常 时，Cortex-M3 内核会自动将以下 8 个寄存器 按固定顺序 压入栈中：

低地址
  ↓
[ xPSR  ]  --> 最高位 (最先压入栈)
[   PC   ]
[   LR   ]
[  R12   ]
[  R3    ]
[  R2    ]
[  R1    ]
[  R0    ]  --> 最低位 (最后压入栈)
  ↑
高地址

说明：

进入中断/异常时，处理器自动保存这些寄存器，以便中断返回时恢复现场。
PC 记录异常发生时的地址，返回时用于恢复执行。
xPSR 记录状态信息（如中断号、Thumb 状态等）。
退出中断时，处理器会自动弹出这些寄存器并恢复 CPU 状态。

Cortex-M3 支持硬件堆栈对齐（8 字节对齐），同时具备 可选的浮点扩展（如果有 FPU），但 STM32F103 没有 FPU，因此不会涉及浮点寄存器的压栈。

当 C 语言函数调用时，ARM 编译器根据 ARM AAPCS（ARM 过程调用标准），会自动进行手动压栈：

函数参数传递
- 前 4 个参数 传递给 R0-R3，超过 4 个的参数需要压入栈。
- 例如：
```
void test(int a, int b, int c, int d, int e);  // e 需要压栈
```
局部变量存放
- 若寄存器不够用，局部变量会被压入栈中。
保护非易失性寄存器
- 非易失性寄存器 (R4-R11 和 LR) 必须在函数调用前保存，否则返回时数据会丢失。
- 编译器可能会在函数入口 push 这些寄存器，函数结束时 pop 恢复。

push {r4-r7, lr}   ; 进入函数时，保存 r4-r7 和 lr
...
pop {r4-r7, lr}    ; 离开函数时，恢复寄存器
bx lr              ; 返回调用方

说明：

push {r4-r7, lr}：手动压栈，保护 R4-R7 和 LR（返回地址）。
pop {r4-r7, lr}：弹出栈，恢复寄存器。
bx lr：返回调用方。

异常/中断发生时，Cortex-M3 会自动压栈：
- R0-R3, R12, LR, PC, xPSR 这 8 个寄存器。
- 返回时自动弹栈恢复。
普通函数调用时，手动压栈：
- push {r4-r7, lr} 保护调用者的寄存器。
- 超过 4 个参数的函数参数和局部变量会存入栈中。
与 Cortex-M0（STM32F013）相比：
- Cortex-M3 支持更多的寄存器 (R4-R11)，函数调用时可能会压栈更多寄存器。
- Cortex-M3 支持 8 字节对齐，优化堆栈访问效率。