Q:

RT-Thread 在線程初始化的代碼內有一段初始化線程堆棧的代碼，如下：

thread->sp = (void *)rt_hw_stack_init(thread->entry, thread->parameter,
(rt_uint8_t *)((char *)thread->stack_addr + thread->stack_size - sizeof(rt_ubase_t)),
(void *)_thread_exit);
在調用 rt_hw_stack_init() 初始化堆棧的時候傳入線程棧起始地址進行了 -sizeof(rt-ubase_t) 操作，而在 rt_hw_stack_init() 函數內又進行 stk = stack_addr + sizeof(rt_uint32_t); 將其給加了回去，這操作的意義是什么呢？還是說是歷史遺留問題？

在《野火 RT-Thread內核實現與應用開發指南》內也有說到此處的設計，但并未進行升入說明，僅簡單的一筆帶過，因此大多數讀者和我一樣都對此充滿疑問。

A:

1.rt_hw_stack_init調用分析

分析此問題，首先我們需要結合完整版本的 rt-thread 內核代碼進行閱讀才能更好的充分理解。

在rt-thread內核代碼中，初始化線程堆棧的時候其實是有一個宏聲明進行選擇的，具體代碼如下：

#ifdef ARCH_CPU_STACK_GROWS_UPWARD
thread->sp = (void *)rt_hw_stack_init(thread->entry, thread->parameter,
(void *)((char *)thread->stack_addr),
(void *)_thread_exit);
#else
thread->sp = (void *)rt_hw_stack_init(thread->entry, thread->parameter,
(rt_uint8_t *)((char *)thread->stack_addr + thread->stack_size - sizeof(rt_ubase_t)),
(void )_thread_exit);
#endif / ARCH_CPU_STACK_GROWS_UPWARD */

也就是針對不同架構的CPU實際傳入此函數的參數還存在著不一樣的地方！

針對 ==棧是向下增長型== 的CPU架構，傳入的參數為：(rt_uint8_t *)((char *)thread->stack_addr + thread->stack_size - sizeof(rt_ubase_t))
針對 ==棧是向上增長型== 的CPU架構，傳入的參數為：(void *)((char *)thread->stack_addr)
而此參數的含義為棧的起始地址！

線程的棧也就是一塊連續地址空間的數組，這個是理解棧的前提；針對向上增長型的棧，棧起始地址就是 thread->stack_addr 這很好理解，對于向下增長型的棧，就需要注意了，起始地址并不是，thread->stack_addr + thread->stack_size！！！

既然棧就是一塊數組，那我們不妨用數組來理解，char table[100]，數組table的最頂部的成員不是table[100]，而是table[99]，即table[100-1]。因此向下增長的棧從頂部往底部填充數據就類似于數組從尾部往頭部填充數據，起始地址為： (rt_uint8_t *)((char *)thread->stack_addr + thread->stack_size - sizeof(rt_ubase_t))

同時此處的代碼是放在 thread.c 內，thread.c是內核文件，是公共的文件，不管你是什么硬件平臺，不管你是什么CPU架構，在內核的角度看，它只管給 rt_hw_stack_init 函數傳入棧的起始地址即可，因此針對向下增長型的棧在這里 -sizeof(rt_ubase_t)) 并沒有任何問題。

再往下層，具體到cpu上，每個cpu都會有對應的 cpuport.c 來實現對應的 rt_hw_stack_init 函數，并根據各自的cpu結構來實現具體的線程棧初始化。

2.rt_hw_stack_init 實現分析

2.1 向下增長型棧 rt_hw_stack_init 實現

針對向下增長型的棧，以 cortex-m4 內核為例：

rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void *tentry,
void *parameter,
rt_uint8_t *stack_addr,
void *texit)
{
struct stack_frame *stack_frame;
rt_uint8_t *stk;
unsigned long i;
stk = stack_addr + sizeof(rt_uint32_t);
stk = (rt_uint8_t *)RT_ALIGN_DOWN((rt_uint32_t)stk, 8);
stk -= sizeof(struct stack_frame);
stack_frame = (struct stack_frame )stk;
/ init all register */
for (i = 0; i < sizeof(struct stack_frame) / sizeof(rt_uint32_t); i ++)
{
((rt_uint32_t )stack_frame)[i] = 0xdeadbeef;
}
stack_frame->exception_stack_frame.r0 = (unsigned long)parameter; / r0 : argument /
stack_frame->exception_stack_frame.r1 = 0; / r1 /
stack_frame->exception_stack_frame.r2 = 0; / r2 /
stack_frame->exception_stack_frame.r3 = 0; / r3 /
stack_frame->exception_stack_frame.r12 = 0; / r12 /
stack_frame->exception_stack_frame.lr = (unsigned long)texit; / lr /
stack_frame->exception_stack_frame.pc = (unsigned long)tentry; / entry point, pc /
stack_frame->exception_stack_frame.psr = 0x01000000L; / PSR /
#if USE_FPU
stack_frame->flag = 0;
#endif / USE_FPU /
/ return task's current stack address */
return stk;
}

繼續以char table[100]作為棧舉例：

stk = stack_addr + sizeof(rt_uint32_t); 拿到棧的最頂端的值，也就是100，注意table[100]這個成員是不能寫值的。

stk = (rt_uint8_t *)RT_ALIGN_DOWN((rt_uint32_t)stk, 8); 之后按8字節 向下對齊，那就 stk 就變成了 96，table[97]、table[98]、table[99]由于字節對齊就保留了，后續也不會去使用，至于table[96]用沒用還不知道，我們接著看。

stk -= sizeof(struct stack_frame);，stk 減掉 struct stack_frame 結構大小存儲 struct stack_frame 結構數據，假定 struct stack_frame 大小4字節， stk -= sizeof(struct stack_frame); 之后 stk 為92，之后寫4字節數據，那么stk[92]、stk[93]、stk[94]、stk[95]填充了數據，stk[96]不會去訪問。

因此無論字節對齊的時候有沒有保留字節，第一步stk雖然切換到了棧最頂端，但是并不會訪問最頂端的那個成員，所以是安全的！

2.1 向上增長型棧 rt_hw_stack_init 實現

注意向上增長型棧初始化代碼就不是上面那一份了！上面我們說了針對不同的cpu，會有不同的cpuport.c文件來實現對應的 rt_hw_stack_init，因此我們需要找到向上增長型的cpu對應的cpuport.c來分析才行。

在rtthread內核中，目前僅TI的tms320f28379為向上增長型，對應的cpuport.c在 libcpu/ti-dsp/c28x/cpuport.c內，它實現的 rt_hw_stack_init 函數如下：
(不要問我怎么找到的，根據宏全局搜ARCH_CPU_STACK_GROWS_UPWARD=y能發現只有ti這顆用的向上增長型！ T_T)

rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void *tentry,
void *parameter,
rt_uint8_t *stack_addr,
void *texit)
{
struct stack_frame *stack_frame;
rt_uint8_t *stk;
unsigned long i;
stk = stack_addr;
stk = (rt_uint8_t )RT_ALIGN((rt_uint32_t)stk, 2);
stk += 1; / to work around the stack alignment /
stack_frame = (struct stack_frame )stk;
/ zero all registers /
for (i = 0; i < sizeof(struct stack_frame) / sizeof(rt_uint32_t); i ++)
{
((rt_uint32_t )stack_frame)[i] = 0;
}
/ configure special registers /
stack_frame->exception_stack_frame.dp_st1 = 0x00000A08;
stack_frame->xar4 = (rt_uint32_t)parameter;
stack_frame->exception_stack_frame.return_address = (rt_uint32_t)tentry;
stack_frame->rpc = (rt_uint32_t)texit;
#ifdef TMS320C28XX_FPU32
stack_frame->stf = 0x00000200;
stack_frame->rb = 0;
#endif
/ return task's current stack address */
return stk + sizeof(struct stack_frame);
}

向上增長型就簡單了，直接加就可以了，不過向上增長型字節對齊采用的是 RT_ALIGN 向上對齊的方式！

擴展知識：
此外，關于棧除了向上增長和向下增長之外，還有一個知識點：滿堆棧 和 空堆棧

概念介紹：

滿堆棧不是指堆棧滿了的意思，空堆棧也不是指堆棧空的意思，而是根據堆棧指針（SP指針）指向的空間是否存有數據來決定。

當SP指針指向的地址空間沒有存放有效數據，則稱之為空堆棧；

當SP指針指向的地址空間存放有有效數據，則稱之為滿堆棧。

因此針對滿堆棧，寫入數據的流程為先移動SP指針再填寫有效數據；而對于空堆棧則是先填寫有效數據再移動堆棧指針。

由滿堆棧、空堆棧與向上增長堆棧、向下增長堆棧，共可組成四種組合：

向上遞增滿堆棧（滿增）
向下遞增滿堆棧（滿減）
向上遞增空堆棧（空增）
向下遞增空堆棧（空簡）