堆栈是一种存储器的使用模型，如图3.7所示。它由一块连续的内存和一个堆栈指针（SP）组成，用于实现“后进先出”的缓冲区。其最典型的应用，就是在数据处理前先保存寄存器的值，再在处理任务完成后从中恢复先前保护的这些值。在Cortex-M3中，有专门的指令负责堆栈操作——PUSH和POP，PUSH将数据压入堆栈，POP将数据从堆栈中取出，需注意的是，POP操作并不会删除原来堆栈中的数据。在执行PUSH和POP操作时，堆栈指针会由硬件自动调整它的值，以避免后续操作破坏先前的数据。
图3.7 堆栈内存的基本概念图
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PUSH操作时，SP先自减4，再存入新的数值。堆栈的PUSH操作如图3.8所示。
图3.8 堆栈的PUSH操作
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，如图3.9所示。
图3.9 堆栈的POP操作
在Cortex-M3中，寄存器R13是堆栈指针SP，在程序中可以把R13写作SP，并且PUSH指令和POP指令默认使用SP。Cortex-M3处理器内核中共有两个堆栈指针，于是也就支持两个堆栈，但是任一时刻只能使用其中的一个。当引用R13时，引用到的是当前正在使用的那一个，另一个必须用特殊的指令来访问，可以通过MRS/MSR指令来访问指定的堆栈指针。这两个堆栈指针分别是：
①主堆栈指针（MSP）：也写作SP_main，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）。(www.xing528.com)
②进程堆栈指针（PSP）：也写作SP_process，用于普通的用户线程中（不处于异常服务例程中时）。
要注意的是，并不是每个程序都需要使用两个堆栈指针，简单的应用程序只使用MSP就够了。另外，Cortex-M3堆栈指针的最低两位永远是0，这意味着堆栈总是4字节对齐的，也就是说，他们的地址必须是0x4，0x8，0xc，…。事实上，R13的最低两位被硬件线路连接到0，因此读的时候总是为0。
使用PUSH、POP指令访问堆栈的汇编语言语法如下例所示：
请注意后面C程序风格的注释，它表明了Cortex-M3是采用“向下生长的满栈”。因此，在PUSH新数据时，堆栈指针先减一个单元，然后再将新数据放入堆栈。通常在进入一个子程序后，第一件事就是把子程序用到的寄存器先PUSH入堆栈中，在子程序退出前再POP曾经PUSH的那些寄存器。另外，PUSH和POP还能一次操作多个寄存器，如下所示：subroutine_1
为了避免系统堆栈因应用程序的错误使用而毁坏，可以给应用程序专门配一个堆栈，不让它共享操作系统内核的堆栈。在这个管理制度下，运行在线程模式的用户代码使用PSP，而异常服务例程则使用MSP。这两个堆栈指针的切换是全自动的，就在出入异常服务例程时由硬件处理。进入异常时的自动压栈使用的是PSP，将数据压入进程堆栈，进入异常后才自动改为MSP，退出异常时切换回PSP，并且从进程堆栈上弹出数据。
在特权级下，可以指定具体的堆栈指针，而不受当前使用堆栈的限制，示例代码如下：
通过读取PSP的值，操作系统就能够获取用户应用程序使用的堆栈，进一步地就知道了在发生异常时，被压入堆栈的寄存器内容，而且还可以把其他寄存器进一步压栈（使用STMDB和LDMIA的书写形式）。操作系统还可以修改PSP，用于实现多任务中的任务上下文切换。
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