RTOS任务切换过程中堆栈的使用情况

我们知道 Cortex-M3 系列单片机内部有双堆栈机制。即 Cortex‐M3 拥有两个堆栈指针：主堆栈（MSP）和进程堆栈（PSP）。任一时刻只能使用其中的一个。通过控制寄存器 CONTROL 中的选择位进行控制。

两个堆栈指针如下：

• 主堆栈指针（ MSP）：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包括中断服务例程）
• 进程堆栈指针（ PSP）：由用户的应用程序代码使用。

将RTOS 移植到 Cortex-M3 系列单片机上后，任务堆栈用的是 PSP，然而任务切换是在中断处理函数 PendSV() 中完成的。

那么在任务切换期间，MCU 在执行指令的过程中，是如何选择堆栈指针呢？

下面逐步进行分析。

堆栈的基本操作

堆栈操作就是对内存的读写操作，其地址由 SP 给出。寄存器的数据通过 PUSH 操作存入堆栈，以后用 POP 操作从堆栈中取回。在 PUSH 与 POP 的操作中， SP 的值会按堆栈的使用法则自动调整，以保证后续的 PUSH 不会破坏先前 PUSH 进去的内容。

堆栈的功能就是把寄存器的数据放入内存，当一个任务或一段子程序执行完毕后，能够恢复继续执行。正常情况下， PUSH 与 POP 必须成对使用，而且参与的寄存器，不论是身份还是先后顺序都必须完全一致。当 PUSH/POP 指令执行时， SP 指针的值也根着自减/自增。

Cortex‐M3 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。在下一次压栈时， SP 先自减 4，再存入新的数值。

POP 操作刚好相反：先从 SP 指针处读出上一次被压入的值，再把 SP 指针自增 4 。

在进入 ESR 时， CM3 会自动把一些寄存器压栈，这里使用的是发生本异常的瞬间正在使用的 SP 指针（MSP 或者是 PSP）。离开 ESR 后，只要 ESR 没有更改过 CONTROL[1]，就依然使用发生本次异常的瞬间正在使用的 SP 指针来执行出栈操作。

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