ARM学习之数据栈的使用规则

关键词： arm堆栈操作，堆栈严格来说应该叫做栈，栈（stack）是限定仅在一端进行插入或删除操作的线性表。因此，对栈来说，可以进行插入或删除操作的一端称为栈顶（top），相应地，另一端称为栈底（bottom）。不含元素的空表称为空栈。由于堆栈只允许一端进行操作，因而按照后进先出（LIFO-last in first out）的原理运作。

1. 根据堆栈指针指向位置的不同，堆栈可分为两种：满栈和空栈。

• 满栈（full）：当堆栈指针指向栈顶元素 ，即指向 最后一个入栈的元素时，称为满栈；
• 空栈（empty）：当堆栈指针指向与栈顶元素相邻的一个可用数据单元时，称为空栈。

2. 根据数据栈增长方向的不同也可分为递增堆栈和递减堆栈2种。

• 递减堆栈（descending）：数据栈向内存地址减小的方向增长；
• 递增堆栈（ascending）：数据栈向内存地址增加的方向增长。

综合这两种特点则可有以下4种规则：

缩写	名称	指令	含义
FD	满递减	stmfd/ldmfd	堆栈通过减小存储器的地址向下增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最低地址
ED	空递减	stmed/ldmed	堆栈通过减小存储器的地址向下增长，堆栈指针指向堆栈下的第一个空位置
FA	满递增	stmfa/ldmfa	堆栈通过增大存储器的地址向上增长，堆栈指针指向内含有效数据项的最高地址
EA	空递增	stmea/ldmea	堆栈通过增大村吃器的地址向上增长，堆栈指针指向堆栈上的第一个空位置

有一点是需要注意的，虽然ARM处理器核对于两种生长方式的堆栈均支持，但ads的C语言编程只支持一种方式，即从上往下生长，并且必须是满递减堆栈。所以stmfd等指令用的最多。

ARMv7 cortex-A9架构下，APCS规定数据栈为满递减的。

ARM对于堆栈的操作一般采用ldmfd（pop）和stmfd（push）两个命令，以前困惑的是stmfd对于操作数是按照什么顺序压栈的，比如：stmfd sp! {r0-r5, lr} 的进栈顺序是:
a.

                            高地址
                              lr
                              r5
                              r4
                              ……
                              r0   <--sp
                              低地址

b.

                            高地址
                              r0
                              r1
                              r2
                              ……
                              lr  <--sp
                              低地址

现在通过下表就可以轻松解决这个问题：

寻址方式	说明	pop	=ldm	push	=stm
fa	满递增	ldmfa	ldmda	stmfa	stmib
fd	满递减	ldmfd	ldmia	stmfd	stmdb
ea	空递增	ldmea	ldmdb	stmea	stmia
ed	空递减	ldmed	ldmib	stmed	stmda

说明：
a : after(后偏移指针)
b : before（先偏移指针）
i : increase（递增 ）
d : decrease（递减）

根据图表，可知stmfd对应的是stmdb，根据arm指令手册，可知stmdb入栈顺序是方式a，而 ldmfd对应的是ldmia，这样这两个操作就可以成功配对。

3. 相关名词：

数据栈指针： 最后一个写入栈的数据的内存地址；
数据栈的基地址： 数据栈的最高地址，由于APCS中的数据栈是FD类型的，多以最早入栈的数据所占的内存单元的基地址的下一个内存单元。
数据栈界限： 数据栈中可使用的最低的内存单元地址；
已用的数据栈： 数据栈的基地址和数据栈的栈指针之间内存区域，包括栈指针对应的内存单元，但不包括基地址对应的内存单元。