Functions and Stack

                       ###########                                                           ######## 
                       # Registers #                                                           #  Stack #
                       ###########                                                           ########
###################################        ####################################
####            Stack Pointer (sp)                ###       ###                local variable n                    ###
###################################        ####################################
####              Fame Counter (fc)             ###       ###                .........................                    ###
###################################        ####################################
####            Link Register (lr)                ###       ###                 local variable 1                  ###
###################################        ####################################
####           Program Counter (pc)          ###       ###             Passed Parameter n                ###
###################################        ####################################
                                                                              ###             ...............................                ###
                                                                              ####################################
                                                                              ###             Passed Parameter 1                ###
                                                                              ####################################
                                                                              ###    caller function lr (return address)   ###
                                                                              ####################################
                                                                              ###  caller function fp (frame pointer)     ###
                                                                              ####################################
                                                                              ###              same block repeats              ###
                                                                              ###              for caller functions              ###
                                                                              ###              ................................              ###

• Stack pointer (sp) register:
• Is a HW register, which points to the top of the stack
• As local variables are defined, they are added to the stack, and the stack pointer value changes.
• Since the stack pointer is changing, we can not reference the function parameters and local variables as offset from the sp value
• Instead, we reference the function parameters and variables by adding offset to the frame pointer (fp)
• Frame Pointer (fp) register
• Frame pointer register, points to the bottom of the stack part that is related to the current function
• By other words, fp = sp, before adding the function parameters or local variables.
• fp value is constant for a function, hence it is used to reference the function parameters and local variable.
• Program Counter (pc) register:
• A register that points to the next instruction to be executed.
• Link Register (lr):
• When calling a function, a branch happens from the normal sequence to the address of this function.
• The return address is saved in the link register.
• After the function finishes, pc = lr
• When a function call happens:
• Current lr is saved to stack --> Update sp
• lr = pc + 1 (return address is saved to lr)
• Current fp is saved to stack --> Update sp
• Current sp is saved to fp
• Parameters are moved to stack --> Update sp
• Local variables are created on stack --> Update sp
• Parameters and local variables are refered to as [fp + offset]
• After the function is finished:
• It returns the return value in a special register
• sp = fp
• pc = lr
• fp = saved fp
• lr = saved lr