arch_task.c

路径: arch\arm\armv7m\arch_task.c

功能: ARM Cortex-M 架构相关的任务栈初始化和栈溢出检测实现。本文件是 OneOS 任务切换的底层基础，提供 os_hw_stack_init（任务栈初始化）和 os_hw_stack_max_used（栈最大使用量检测）以及 os_task_stack_is_overflow（栈溢出检测）三个核心函数。

核心函数:

函数	说明
os_hw_stack_init	初始化任务栈帧：填充寄存器初始值（R0-R3/R12/LR/PC/PSR），设置 EXC_RETURN 值
os_hw_stack_max_used	计算任务栈最大使用量：从栈底扫描 $ 标记字节
os_task_stack_is_overflow	检测任务栈是否溢出（编译条件：OS_USING_OVERFLOW_CHECK）

关键设计点:

1. 栈帧布局: 按照 ARM Cortex-M 异常入栈顺序（xPSR/PC/LR/R12/R3/R2/R1/R0）初始化栈帧，确保 PendSV 异常返回时自动恢复
2. EXC_RETURN: 设置为 0xFFFFFFFD（返回 Thread 模式 + 使用 PSP + 无 FPU），兼容硬件浮点自动切换
3. 栈签名: 使用 $（0x24）填充栈空间，通过扫描非 $ 字节计算最大使用量
4. 栈溢出检测: 检查栈顶是否在合法范围（stack_begin ~ stack_end）内，以及栈底部 $ 签名是否被覆盖

/**
 ***********************************************************************************************************************
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 *
 * @file        arch_task.c
 *
 * @brief       This file provides functions related to the task stack.
 *
 * @revision
 * Date         Author          Notes
 * 2021-10-22   OneOS Team      First version.
 ***********************************************************************************************************************
 */

#include <os_types.h>
#include <os_task.h>
#include <string.h>
#include <os_assert.h>
#include <arch_task.h>

/* Stack down（栈向下增长） */
void *os_hw_stack_init(void (*task_entry)(void *arg),
                       void       *arg,
                       void       *stack_begin,
                       uint32_t stack_size,
                       void (*task_exit)(void))
{
    struct stack_frame_nofpu *stack_frame;
    uint8_t               *stack_top;
    uint32_t               index;

    /* 用 '$' 填充整个栈空间，用于后续栈使用量检测 */
    memset(stack_begin, '$', stack_size);

    /* 计算栈顶地址（向下增长，栈顶 = 栈底 + 栈大小） */
    stack_top = (uint8_t *)stack_begin + stack_size;
    /* 对齐到架构要求的栈对齐边界 */
    stack_top = (uint8_t *)OS_ALIGN_DOWN((os_ubase_t)stack_top, OS_ARCH_STACK_ALIGN_SIZE);
    /* 预留栈帧空间 */
    stack_top -= sizeof(struct stack_frame_nofpu);

    /* TODO: Need to check stack size */

    stack_frame = (struct stack_frame_nofpu *)stack_top;

    /* 初始化所有寄存器为 0xDEADBEEF（调试用魔数） */
    for (index = 0; index < sizeof(struct stack_frame_nofpu) / sizeof(uint32_t); index++)
    {
        ((uint32_t *)stack_frame)[index] = 0xDEADBEEF;
    }

    /* 设置异常返回时的寄存器初始值 */
    stack_frame->r0  = (uint32_t)arg;        /* r0 : 任务入口参数 */
    stack_frame->r1  = 0;                       /* r1 */
    stack_frame->r2  = 0;                       /* r2 */
    stack_frame->r3  = 0;                       /* r3 */
    stack_frame->r12 = 0;                       /* r12 */
    stack_frame->lr  = (uint32_t)task_exit;  /* lr : 任务退出函数 */
    stack_frame->pc  = (uint32_t)task_entry; /* pc : 任务入口函数 */
    stack_frame->psr = 0x01000000UL;            /* PSR : 默认 Thumb 状态 */

    /*
     * EXC_RETURN = 0xFFFFFFFD：
     *   - 返回 Thread 模式
     *   - 使用 PSP（进程栈指针）
     *   - 无浮点上下文（FPU 由硬件自动管理）
     */
    stack_frame->exc_return = 0xFFFFFFFDUL;

    return (void *)stack_top;
}

/**
 * 计算任务栈最大使用量
 * 从栈底开始扫描，找到第一个非 '$' 标记的字节，计算已使用空间
 */
uint32_t os_hw_stack_max_used(void *stack_begin, uint32_t stack_size)
{
    uint8_t *addr;
    uint32_t max_used;

    addr = (uint8_t *)stack_begin;
    while (*addr == '$')
    {
        addr++;
    }

    max_used = (uint32_t)((os_ubase_t)stack_begin + stack_size - (os_ubase_t)addr);

    return max_used;
}

#ifdef OS_USING_OVERFLOW_CHECK
/**
 ***********************************************************************************************************************
 * @brief           检测任务栈是否溢出
 *
 * @param[in]       stack_top       当前栈顶指针
 * @param[in]       stack_begin     栈起始地址
 * @param[in]       stack_end       栈结束地址
 *
 * @return          是否溢出
 * @retval          OS_TRUE         栈溢出
 * @retval          OS_FALSE        栈未溢出
 ***********************************************************************************************************************
 */
os_bool_t os_task_stack_is_overflow(void *stack_top, void *stack_begin, void *stack_end)
{
    os_bool_t is_overflow;

    OS_ASSERT(OS_NULL != stack_top);
    OS_ASSERT(OS_NULL != stack_begin);
    OS_ASSERT(OS_NULL != stack_end);

    /* 检查栈顶是否在合法范围，以及栈底 '$' 签名是否被覆盖 */
    if ((*((uint8_t *)stack_begin) != '$') ||
        ((os_ubase_t)stack_top < (os_ubase_t)stack_begin) ||
        ((os_ubase_t)stack_top >= (os_ubase_t)stack_end))
    {
        is_overflow = OS_TRUE;
    }
    else
    {
        is_overflow = OS_FALSE;
    }

    return is_overflow;
}
#endif /* OS_USING_OVERFLOW_CHECK