cortex-m3 栈的8字节对齐 编译器, 连接器, 伪指令, 拼接, 网上

yuyang911220

cortex-m3 栈的8字节对齐    一、什么是栈对齐？  栈的字节对齐，实际是指栈顶指针须是某字节的整数倍。因此下边对系统栈与MSP，任务栈与PSP，栈对齐与SP对齐 这三对概念不做区分。另外下文提到编译器的时候，实际上是对编译器汇编器连接器的统称。
  之前对栈的8字节对齐理解的不透，就在网上查了好多有关栈字节对齐、还有一些ARM对齐伪指令的资料信息，又做了一些实验，把这些零碎的信息拼接在一起，总觉得理解透这个问题的话得长篇大论了。结果昨天看了AAPCS手册、然后查到了没有使用PRESERVE8伪指令出现错误的实例，突然觉得长篇大论不存在了，半篇小论这问题就能理顺了。
  二、AAPCS栈使用规约  在ARM上编程，但凡涉及到调用，就需要遵循一套规约AAPCS:《Procedure Call Standard for the ARM Architecture》。这套规约里面对栈使用的约定如下：
  

   5.2.1.1     
Universal stack constraints      
At all times the following basic constraints must hold:      
Stack-limit < SP <= stack-base. The stack pointer must lie within the extent of the stack.      
SP mod 4 = 0. The stack must at all times be aligned to a word boundary.      
A process may only access (for reading or writing) the closed interval of the entire stack delimited by [SP, stack-base – 1] (where SP is the value of register r13).      
Note      
This implies that instructions of the following form can fail to satisfy the stack discipline constraints, even when reg points within the extent of the stack.      
ldmxx reg, {..., sp, ...} // reg != sp      
If execution of the instruction is interrupted after sp has been loaded, the stack extent will not be restored, so restarting the instruction might violate the third constraint.      
5.2.1.2      
Stack constraints at a public interface      
The stack must also conform to the following constraint at a public interface:      
SP mod 8 = 0. The stack must be double-word aligned.

  可以看到，规约规定，栈任何时候都得4字节对齐，在调用入口得8字节对齐。
  在这个约定里，栈的4字节对齐确实得任何时候都遵守，而且你想不遵守都难，因为SP的最后两位是硬件上保持0的。而对于8字节对齐，这就需要码农和编译器配合着来。需要说明的一点是，8字节对齐即使不遵守，一些情况下也没问题，只要主调和被调用例程两边把堆栈使用，传参，返回等处理好就行，也就是说两边有自己的一套约定就行。但是有时候，主调这边在调用严格遵守AAPCS的函数时，没有将栈保持在8字节对齐上，那就会出问题。
  三、如何编程？  在cortex m3上编程时，对于AAPCS栈使用约定的遵守，总的来说就两条：
  1. 汇编文件中需要我们亲自动手来保证遵守AAPCS栈使用约定。
  （特别注意每次从汇编进入C的世界时，要保证汇编部分的编码在调用c接口时栈是8字节对齐的，不要疏忽了，因为c编译器可不负责调整。c编译器说你得送给我的SP就是8字节对齐的，我才能保证接下来的C部分没有结束之前，遵守AAPCS栈使用约定）
  2. 在C文件中，由编译器来处理。
  四、补充：  1. 由于程序的入口点为复位中断响应函数，一般我们都写在启动代码里，通常是一个汇编文件，然后经由汇编进入到C程序的main入口处，在调用main的时刻，为遵循AAPCS，就得在此时保持8字节对齐。
  2. 对于MSP，Keil MDK为我们提供了一个用来初始化C运行库环境的函数_main,这个函数会调用_user_setup_stackheap函数，该函数将MSP的低三位清零，然后在进入main之前不对其进行更改，这样在进入main的时刻，MSP保证为8字节对齐的。
  3. 对于PSP，一般在上多任务OS时会用它，对于PSP我们要比MSP更为操心点，因为MSP起码还可以通过调用_main来跳进main的方式保证进入C世界的时候是遵守约定的。而PSP全靠自己来保证每次进入C世界时是8字节对齐。
  4. 另外只要是汇编文件，可配合使用汇编命令armasm --diag_warning 1546，这样汇编器就会对一些SP没有8字节对齐的地方给出警告，但是我发现汇编器并不能保证检测到所有对SP造成8字节不对齐的操作，例如直接给SP载入一个立即数这种，汇编器就发现不了。我并没有对所有会影响SP的指令进行测试（原因是不熟悉。。。），不知道1546这个警告能覆盖多少指令，所以总的来讲，对汇编文件就是睁大自己的钛合金眼，争取大部分工作都放到C中去。