请问一下浮点寄存器如何入栈呢

手上没有使用Cortex-M3内核的芯片，只有一个STM32F407VG的Discovery开发版，芯片芯片使用的是Cortex-M4F的内核，这个内核是基于ARMV7E-M架构的与Cortex-M3非常类似，只能说一个FPU（浮点运算单元）以及浮点操作需要的相关接口。也因为这个FPU导致进入中断的时候保存的夹子司机，不过这些都是像素影响自动保存的，对写任务切换代码没有，在文章的最后来简单分析下浮点寄存器如何入栈。
  一，IAR代码工程

  使用IAR和MDK建立的工程在系统初始化研究时是不一样的，MDK在启动文件的开头就初始化了场景的大小，而IAR如何在工程的大小定义是在文件中，具体的AR工程中修改初始信息可以参考这篇文章《STM32》编程：是时候深入理解了》，作者写的很清楚了。从icf文件中了解到MSP端口的大小为0x200，下面具体文件代码，os.asm文件是代码，用于实现任务的具体切换，这我们不再为MSP单独指定源c，火焰使用系统上电初始化时创建的火花。工程里一共包含两个文件main.c和_os.asm。main
  代码如下，代码里拦截了RTOS创建主的代码，如果像Ucos一样在中断中使用RTOS自己的设置主，可以打开截断代码。
  


#include "stm32f4xx.h"

/******************变量类型定义*******************************/
typedef unsigned int   uint32;

typedef struct TaskTCB
{
    uint32 *StackPtr;
}sTaskTCB,*pTaskTCB;

typedef void( *pFun )( void );

/********************定义任务控制块************************************/
sTaskTCB StartTaskTCB;
sTaskTCB SecondTaskTCB;

pTaskTCB  OSTCBCurPtr;
pTaskTCB  OSTCBHighRdyPtr;
/***********************定义进程堆栈**********************************/
#define START_STACK_SIZE   48
#define SECOND_STACK_SIZE  48
uint32 StartTaskStack[START_STACK_SIZE];
uint32 SecondTaskStack[SECOND_STACK_SIZE];

/**********************定义主堆栈*****************************************/
//#define  OS_CPU_STACK_SIZE   128               未使用
//uint32 OS_CPU_ExceptStk[OS_CPU_STACK_SIZE];    未使用
//uint32 *g_OS_CPU_ExceptStkBase;                未使用

/*************************全局变量****************************************/
static int StartTaskFlag ,SecondTaskFlag,EndFlag;

/*************************函数定义*****************************************/
extern void OSCtxSw(void);
extern void OSStartHighRdy(void);

void TaskSwitch(void)
{
    if(OSTCBCurPtr == &StartTaskTCB)
        OSTCBHighRdyPtr=&SecondTaskTCB;
    else
        OSTCBHighRdyPtr=&StartTaskTCB;
   
    OSCtxSw();
}

void StartTask(void)
{
    StartTaskFlag = 1;
    TaskSwitch();
}

void SecondTask(void)
{
    SecondTaskFlag = 1;
    StartTaskFlag = 0;
    TaskSwitch();
}

void EndTask(void)
{
    EndFlag = 1;
    SecondTaskFlag = 0;
    while(1)
    {
        ;
    }
}

//任务创建函数
void Task_Create(sTaskTCB *pTcb,pFun task,uint32 *stk,uint32 stacksize)
{
    uint32  *pStack;/*grows from high memory to low*/
    pStack      = &stk[stacksize];/*Top of stack*/
    pStack      = (uint32 *)((uint32)(pStack) & 0xFFFFFFF8u);//AAPCS(ARM application procedure all standard) Align the stack to 8bytes

        /*Registers stacked as if auto-saved on exception*/
    *(--pStack) = (uint32)0x01000000uL;                   //xPSR bit24 thumb state bit
    *(--pStack) = (uint32)task;                           // Entry Point(PC)
    *(--pStack) = (uint32)EndTask;                        // R14 (LR)
    *(--pStack) = (uint32)0x12121212uL;                   // R12
    *(--pStack) = (uint32)0x03030303uL;                   // R3
    *(--pStack) = (uint32)0x02020202uL;                   // R2
    *(--pStack) = (uint32)0x01010101uL;                   // R1
    *(--pStack) = (uint32)0x00000000u;                    // R0

        /*Remaining registers saved on process stack*/
    *(--pStack) = (uint32)0x11111111uL;                // R11
    *(--pStack) = (uint32)0x10101010uL;                // R10
    *(--pStack) = (uint32)0x09090909uL;                // R9
    *(--pStack) = (uint32)0x08080808uL;                // R8
    *(--pStack) = (uint32)0x07070707uL;                // R7
    *(--pStack) = (uint32)0x06060606uL;                // R6
    *(--pStack) = (uint32)0x05050505uL;                // R5
    *(--pStack) = (uint32)0x04040404uL;                // R4
   
    pTcb->StackPtr=pStack;
}


int main()
{
    //g_OS_CPU_ExceptStkBase =(tTaskStack*) ((tTaskStack)(OS_CPU_ExceptStk + 64)&0xFFFFFFF8);
        Task_Create(&StartTaskTCB,StartTask,StartTaskStack,START_STACK_SIZE);
    Task_Create(&SecondTaskTCB,SecondTask,SecondTaskStack,SECOND_STACK_SIZE);
        OSTCBHighRdyPtr=&StartTaskTCB;
    OSStartHighRdy();  
  return 0;
}
os_port.asm代码如下，代码中屏蔽了初始化MSP的代码，使用的是系统初始化时建立的堆栈。如果像Ucos一样在中断中使用RTOS自己设置的主堆栈，可以打开这段代码。


NVIC_INT_CTRL   EQU     0xE000ED04                              ; Interrupt control state register.
NVIC_SYSPRI14   EQU     0xE000ED22                              ; System priority register (priority 14).
NVIC_PENDSV_PRI EQU           0xFF                              ; PendSV priority value (lowest).
NVIC_PENDSVSET  EQU     0x10000000                              ; Value to trigger PendSV exception.

  RSEG CODE:CODE:NOROOT(2)                                      ;Define code segment align 4 bytes
  THUMB


  EXTERN  g_OS_CPU_ExceptStkBase
  
  EXTERN  OSTCBCurPtr
  EXTERN  OSTCBHighRdyPtr

  PUBLIC OSStartHighRdy
  PUBLIC PendSV_Handler
  PUBLIC OSCtxSw
                                                    ;LR(R14),用于在调用子程序时存储返回地址
                                                    ;BX 转移到由寄存器给出的地址
OSCtxSw
    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     R1, [R0]
    BX      LR                                                ; Enable interrupts at processor level

OSStartHighRdy
    LDR     R0, =NVIC_SYSPRI14                                  ; Set the PendSV exception priority
    LDR     R1, =NVIC_PENDSV_PRI
    STRB    R1, [R0]
                                                                ;PSP 由用户的应用程序代码使用
    MOVS    R0, #0                                              ; Set the PSP to 0 for initial context switch call
    MSR     PSP, R0
                                                                  ;MSP 用于操作系统内核及异常处理例程
    ;LDR     R0, =g_OS_CPU_ExceptStkBase                           ; Initialize the MSP to the OS_CPU_ExceptStkBase
    ;LDR     R1, [R0]
    ;MSR     MSP, R1   

    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL                                  ; Trigger the PendSV exception (causes context switch)
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     R1, [R0]

    CPSIE   I                                                   ; Enable interrupts at processor level

OSStartHang
    B       OSStartHang                                         ; Should never get here
   
   

PendSV_Handler
    CPSID   I                                                   ; Prevent interruption during context switch
    MRS     R0, PSP                                             ; PSP is process stack pointer
    CBZ     R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave                     ; if psp == 0 Skip register save the first time

    MRS     R11,MSP                                             ;监视代码可以删除
    MRS     R10,PSP                                             ;监视代码可以删除
    STMDB   R0!, {R4-R11}                                       ; Save remaining regs r4-11 on process stack

    LDR     R1, =OSTCBCurPtr                                  ; OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP; Update top of stack
    LDR     R1, [R1]
    STR     R0, [R1]                                            ; R0 is SP of process being switched out

                                                                ; At this point, entire context of process has been saved
OS_CPU_PendSVHandler_nosave
    LDR     R0, =OSTCBCurPtr                                    ;R0 = &gOSCurrentTCB (Double Pointer)OSTCBCur  = OSTCBHighRdy;
    LDR     R1, =OSTCBHighRdyPtr                                    ;R1 = &gOSHiRdyTCB   (Double Pointer)
    LDR     R2, [R1]                                            ;R2 = gOSHiRdyTCB
    STR     R2, [R0]                                            ;ggOSCurrentTCB = gOSHiRdyTCB;

    LDR     R0, [R2]                                            ; Struct first address is stack ptr, R0 is new process SP; SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;
  
    LDMIA   R0!, {R4-R11}                                      ; Restore r4-11 from new process stack
            
    MSR     PSP, R0                                             ; Load PSP with new process SP
    ORR     LR, LR, #0xF4                                       ; Ensure exception return uses process stack
   
    CPSIE   I
    BX      LR                                                  ; Exception return will restore remaining context
  
    END
二、仿真分析
仿真分析主（MSP）使用启动文件定义的0x2000(8K)的使用系统上，不再单独定义。 SP的值
  
  

  

  1、

  初始化任务初始化函数的执行完成StartTaskStack内容如下：
  
  

  

  其中0x08000030F是EndTask函数的地址，0x800_02ED是StartTask函数的地址，此时StartTaskStack目标为0X2000_0080，图如下
  
  

  

  SecondTask任务的进程过程SecondTaskStack内容如下：
  
  

  

  其中0x0800_030FEndTask函数的地址，0x0800_02FB是SecondTask函数的地址，此时SecondTaskStack追踪执行为0x2000_0140，如下图
  
  

  

  2、启动第一个任务是

  OSStartHighRdy函数将PSP零后触发PendSV中断，进入PendSVHandler函数，因为运行这第一次启动任务，因此跳过保存R4-R11的过程，将进程触发切换到StartTaskStack并从它里面出栈8个数据到R4-R11，出栈后的R0- R11寄存器内的值如下图所示，和StartTaskStack初始化时放入的数据一致。
  
  

  

  出栈8个数据完成后堆栈指针由0X2000_0080变为0x2000_00A0，如下图所示的R0的值，则此时PSP的值为0X2000_00A0。
  
  

  

  执行ORR LR，LR，#0xF4后，LR的值由0XFFFF_FFE9更改为0xFFFF_FFFD，LR的值如下图所示，确保执行BX LR退出中断后进入线程模式，并使用PSP，从退出中断再到下次进入中断中断后下中断SP值表示的都是PSP的值。
  
  

  

  退出中断后PSP，硬件自动从08个启动进程使用StartTaskStack的0X0000_0_A0处出栈数据到调用XPSR R0，出栈动作完成后进程任务PSP由0X2000_00A0变为0x2000_00C0，
  
  

  

  因为如下图所示SP的值。StartTaskStack中对应PC位置存储在StartTask函数路径的值0x0800_02ED，因为一条指令占两个字节，此程序会跳转到0x0800_02EC取指开始运行StartTask函数。
  
  

  

  3，任务切换

  StartTask运行后调用TaskSwtich触发PendSVHandler主动进行任务切换;进入中断前CM3硬件自动压栈寄存器xPSR寄存器-R0值到StartTaskStack堆栈当中，此时进程堆栈指针PSP变更为0x2000_0090; StartTaskStack堆栈中的数据如下图所示。
  
  

  

  在代码中我们预埋了R10和R11来确认进入中断后PSP和MSP的值，如下图所示PSP的值为0x2000_0090，MSP的值为0x1000_1F90，进入中断函数后SP表示是MSP的值。
  
  

  

  进入PendSVHandler操作处理函数后判断到PSP值不零，因此会执行保留值判断R4-R11的，把控制R4-R11的压栈到StarTaskStack中，压栈完成后StarTaskStack的值如下图所示。
  
  

  

  过程中描边轨迹PSP由0x2000_0090变更为：0x2000_0070并更新到任务控制块当中，如下图所示。
  
  

  

  执行完标PendSV_NO_SAVE的代码后，过程由StarTaskStack切换为SecondTaskStack；从SecondTaskStack出栈8 R11，SecondTaskStack的堆栈指针由0x2000_0140变为0x2000_0160，如下图所示。
  
  

  

  指令MSR PSP，R0表示把0x2000_0160赋值为PSP，执行完这条指令后PSP就指向了堆栈SecondTaskStack;退出中断后，CM3硬件继续自动从SecondTask栈8个数据到栈XPSR-R0；PSP更改为0x2000_0180，如图所示
  
  

  

  。PC = 0X8000_02FA，程序跳转到SecondTask运行。
  
  

  

  4、函数返回

  SecondTask运行后会再次触发PendSV中断任务后会触发继续运行StartTask，现在有一个疑问从PendSV的中断返回后代码会从StartTask的哪个位置开始运行以及StartTask运行结束后代码会转向哪里？
  现在来分析一下此时StartTaskStack堆栈里的内容，从0x2000_0070 - 0X2000_00AC这16一个寄存器的数据是先切换到SecondTask运行之前的，R10和R11的值被我们保护的PSP和MSP的值所以会和聚合初始化的值不一样，那么剩下的0x2000_00B0 – 0x2000_00BC这4数据是从哪里来的呢？
  
  

  

  从任务栈后进先出的特性分析这4个值入栈是早于xPSR – R0由3中断时由硬件自动压压的，进入中断时间StartTask调用了程序，前面准备知识的文章中讲过在一个子程序时，要做的第一件事就是把相关的进入感应先PUSH入栈，下面来看StartTask和TaskSwitch的反寄代码。
  进入StartTask函数后，执行PUSH {R7,LR}指令将R7和LR压入StartTaskStack堆栈中，R7和LR的值在进行任务创建初始化时被分别赋值为了0x07070707和TaskEnd函数的指针，因此0x2000_00B8和0x2000_00BC存储的是他们两个的值。
  
  

  

  

  

  在StartTask函数中执行BL TaskSwith时LR摄像头的值将被更新为下一条指令的地址即0x8000_02F8，一条指令占两个字节，所以实际LR的值为0x8000_02F9，进TsakSwitch入函数后首先将R7和LR入栈， 0x2000_00B4和0x2000_000B0分别存储LR和R7的值。
  
  

  

  SecondTask调用TaskSwtich触发PendSVHandler主动进行任务切换后，在PendSVHandler中断函数里进程堆栈由SecondTaskStack切换到StartTaskStack;首先出栈8数据到寄存器R4-R11，堆栈指针由0x2000_0070退出变为0x2000_0090，退出后，CM3硬件继续自动出栈8个数据到XPSR – R0，此时PSP变为0x2000_00B0，PC = 0x8000_02EA；执行程序跳转到TaskSwitchPOP{R0，PC}指令，PSP = 0X2000_00B8 ，PC = 0X80002F9，因为一个指令占两个字节，PC从0x8000_02F8处取指运行，如下图所示
  
  

  

  

  

  

  

  程序继续跳转到StartTask执行POP{R0,PC}，则PSP = 0x2000_00C0，PC = 0x8000_030F，因为一条指令占两个字节，所以跳转到0x8000_030E处取指开始执行EndTask
  
  

  

  

  

  三、Cortex-M4F的Lazy堆栈

  系统上电初始化完成后MSP的值为0x1000_2000，进入主函数后首先PUSH{R,LR}后运行0x1000_1FF8，进入次PendSV重启时自动入栈7XPSR – R0的值，为什么会变成0x1000_1F90左右入栈的26个
  
  

  

  判断呢？CM4F内核LazyStack特性每次上电都是打开的，会在中断的时候自动保存浮点计算相关的控制器S0 – S15以及FPSCR（剩的S16 – S16 – S16 – S 需要用户手动保存），同时如果你没有在中断的使用FPU，核心的兴趣在中为这几个用户界面而不是他们真正入栈，同时如果在中断返回时将 EXC_RET 的第 4 位置1，那么再中断触发时系统都不会保存这
  几个寄存器。为了防止 XPSR – R0 这些在入栈时浮点对再浮点操作产生干扰，浮点因为
  
  

  

  RTOS中第一次触发结束SV中断时自动入栈了XPSR – R0以及S0 – 15和FPSR共25个磁盘，因为浮点位置入栈格式特殊需要一个，所以数据地址共减少了26个的值。由于中断退出返回时LR的值是0XFFFF_FD即EXC_RETURN的第41条，中断中断再触发时硬件就不用自动保存浮点了，保存XPSR-R0分类。