目录

1. SRAM

2. 堆栈的作用

3. 堆栈的设置

4. 堆栈的实现 

5. 双堆栈机制

堆栈是一种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除，相应地，另一端为成为栈底(bottom)，不含元素的空表称为空栈。

其实堆栈是由栈（Stack）和堆（Heap）组成的，汇编中应用的 PUSH 和 POP 就是对 栈（Stack）的操作，其按照后进先出（LIFO-Last In First Out）的原理运作。​

笼统地讲，堆栈操作就是对内存的读写操作，但是其地址由 SP 给出。

STM32的内存（存储器）的地址空间大小为4G(0x0000 0000 ~ 0xFFFF FFFF)，被分为8个block（block0~block7），每个block为512Mbyte，如下图所示。

SRAM 被分配到 block 1，内有SARM1（112KB，0x2000 00000 ~ 0x2001 BFFF）和SRAM2（16KB, 0x2001 C000 ~ 0x2001 FFFF）两块连续的SRAM，可供所有的AHB 主控总线访问。

栈（Stack）：由编译器自动分配和释放。栈存放局部变量，函数调用时的返回地址和现场保护，函数的参数（形参）等。

堆（Heap）：有程序员主动分配和释放。主要用于动态内存分配，malloc 申请，free 释放。

在函数中定义的局变量占用栈空间，当数据较多，栈空间使用完，则会占用堆空间，甚至其他全局变量空间，造成程序崩溃或数据错误（内存溢出错误）。

在不断申请、释放的过程中，容易产生碎片化内存；当然如果不是在短时间内频繁的使用 malloc 申请和 free 释放内存，系统是有足够的时间来回收碎片内存。

堆栈指针的最低两位永远是 0，这意味着堆栈总是 4 字节对齐的。

这里我们以 STM32F407 的程序代码为例进行说明，找到启动文件 startup_stm32f407xx.s，设置栈大小为 2048（0x800），堆大小为 1024（0x400）。

 编译代码后，在 Build output 窗口中显示编译结果信息，如下图所示：

这里只是针对当前测试实例程序进行说明，但万变不离其宗，一样可以对照理解。

Total RO  Size (Code + RO-data) = 12876 (  12.57kB)

Total RW  Size (RW-data + ZI-data)  = 24888 (  24.30kB)

Total ROM Size (Code + RO-data + RW-data)  = 12984 (  12.68kB)

编译成功后会在工程文件下生成一个 xxxx.map 文件，这个文件的详细讲解网上很多，请百度一下即可；如图红框所示，STACK 和 HEAP 的大小和我们所设置的一样，

不知道大家注意到 HEAP 和 STACK 的起始地址分别 0x2000 5538 和 0x2000 5938，这个其实是有编译器决定的，是不固定的；起始地址后面紧跟的就是HEAP 和 STACK 的大小（size）。

若程序中完全没有使用 malloc 动态申请堆（HEAP）空间，编译器会优化，不把堆空间计算在内。

最后，这里再看下上面实例的MSP（R13，主堆栈指针）和PC（R15，程序计数器）初始化流程图：

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STM32使用的是“向下生长的满栈”模型，堆栈指针 SP 指向最后一个被压入堆栈的 32位数值。

堆栈指针指向最后压入的堆栈的有效数据项，称为满栈；堆栈指针指向下一个要放入的空位置，称为空栈。

为什么说“向上生长（向高地址方向生长）”和“向下生长（向低地址方向生长）”呢？那是因为，一般画堆栈示意图都是把低地址画在下面，高地址画在上面。如下图。

压栈（PUSH）： SP 先自减 4，再存入新的数值。

出栈（POP）：先从 SP 指针处读取上一次被压入的值，再把 SP 指针自增 4。

 虽然 POP 后被压入的数值还保存在栈中，但它已经无效了，因为为下次的 PUSH 将覆盖它的值！

堆栈分为主堆栈（MSP）和进程堆栈（PSP），选择当前使用哪个堆栈指针由CONTROL寄存器（特殊功能寄存器）决定。

当处理器处于线程模式时，控制寄存器控制所使用的堆栈和软件执行的特权级别，并指示 FPU 状态是否为活动的。

FPCA：指示当前浮点上下文是否活动：

0：不激活浮点上下文

1：表示浮点上下文活动。

Cortex-M4在处理异常时使用该位来决定是否保留浮点状态。

SPSEL：激活选择的堆栈指针。选择当前堆栈:

0：MSP是当前的堆栈指针

1：PSP是当前的堆栈指针。

在 Handle 模式下，该位读为零并忽略写。在异常返回时，Cortex-M4会自动更新此位。

nPRIV：线程模式权限级别。定义线程模式权限级别。

0:特权

1:无特权的。

在 Cortex‐M4 的 handler 模式中， CONTROL[1]（CONTROL寄存器的bit[1]）总是 0（Handle 模式下总是使用 MSP）。

当 CONTROL[1]=0 时，只使用 MSP，此时用户程序和异常 handler 共享同一个堆栈。这也是复位后的缺省使用方式。  

当 CONTROL[1]=1 时，线程模式将不再使用 PSP，而改用 MSP（ handler 模式永远使用 MSP）。  

注意，在这种情况下，进入异常时的自动压栈使用的是进程堆栈，进入异常 handler 后才自动改为 MSP，退出异常时切换回 PSP，并且从进程堆栈上弹出数据。

在特权级下，可以直接对 MSP 和 PSP 执行读/写操作，而不会混淆你所引用的R13，示例代码如下：

MRS R0, MSP ; 读取主堆栈指针到 R0

MSR MSP, R0 ; 写入 R0 的值到主堆栈中

MRS R0, PSP ; 读取进程堆栈指针到 R0

MSR PSP, R0 ; 写入 R0 的值到进程堆栈中

通过MRS指令读取 PSP 的值，OS（操作系统） 可以读取用户应用程序堆积的数据(比如在系统服务调用前的寄存器内容，SVC)。此外，OS 可以改变 PSP 指针的值，例如，在多任务系统的上下文切换。

参考资料