首先说一下 MCU 的存储器组织。 到本文发布为止,MCU 中常使用的存储器类型有:FLASH、RAM、ROM(包括EEPROM) 在软件角度来看,程序和数据的存储分为以下几个部分:
| | | 即 Text Segment,程序代码主体,函数主体,立即数,字符常量,define 的数据等 | | | | 即 Rodata Segment(Read Only Data Segment) ,包括立即数,字符常量,字符串常量等 | | 即 Data Segment,通常是指用来存放程序中已初始化且不为 0 的全局变量或静态变量的一块内存区域,在程序编译期间其大小及数据被确定 | | 即 BSS(Block Started by Symbol),通常是指用来存放程序中未初始化的或初始化为 0 的全局变量或静态变量的一块内存区域,编译器在 Data 段之后为其预留空间,在程序装载进内存时被正式分配 | | | 即 Heap,由程序员分配、释放,向上生长,如 malloc 或 new 出来的数据 | | 即 Stack,由编译器自动分配。存放函数的参数值和局部变量值,向下生长 |
注:
1.代码段和常量段都可以用于保存常量数据,其主要区别是,如果常量可以作为汇编指令的一个操作数,则该常量被编译进代码段。如果不能用一个汇编操作数表示,则存于常量段。如 "uchar a=0x05;" 中的 "0x05" 将被编译成代码 "mov #0x05, a";如果是 "uchar a[]={0x05, 0x06}" 则 "0x05,0x06" 被放置于常量段, 在初始化 a[] 的时候会有一段汇编指令用于将常量段中的内容拷贝到 a[] 中。
软件存储区与硬件存储器类型是怎么对应的呢? 一般来讲如下:
| | | | | 非易失存储器使程序代码可以长期保持,通常情况下不需要修改
| | 非易失存储器使数据可以长期保持,通常情况下不允许修改
| | | | | | | 数据不需要长期保持,在运行时动态分配,数据通常需要修改
| | 数据不需要长期保持,栈大小在运行时动态调整变化,栈中数据几乎是时刻在发生变化
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注: 1.MCU 中的 ROM 通常用于存储制造商信息、控制器型号等信息; 2.对于 x86 体系结构的系统,因为没有 Flash 类型的存储器,所以,所有的软件存储区最终都加载到内存中,但是其内存是分段的,用户对不同内存段的访问权限不同,其代码段和常量段不可以被用户修改,如果意外修改则抛出段错误异常。
知道了存储器类型和各存储区的划分之后,让我们来看以下三组程序:
1. static void ProcStr(void){ uchar Str[] = {"12345"};}这段程序中,Str[] 是一个局部数组,其大小为 6,占用的堆栈空间是 2 个字符;"12345" 是常量,被存储在常量段;Str[] 的初始化过程,相当于从常量区拷贝 6 个字符的数据到栈中,这 6 个字符是"12345\0"。2.static void ProcStr(void){ uchar Str[] = "12345";}这段程序中,Str[] 是一个局部数组,其大小为 6,占用的堆栈空间是 2 个字符;"12345" 是常量,被存储在常量段;Str[] 的初始化过程,相当于从常量区拷贝 6 个字符的数据到栈中,这 6 个字符是 "12345\0"。3.static void ProcStr(void){ const uchar* Str = "12345";}这段程序中没有数组,唯一的 Str 是一个局部指针,其大小为 4(在 32 位系统中),因此这段程序只占用 4(在 32 位系统中) 个字符的堆栈空间;"12345"是常量,被存储在常量段;Str 的初始化过程,是将指针 Str 初始化为常量"12345"的地址,后续程序通过指针 Str 直接访问常量段,无需内存拷贝过程。 从以上分析可以看出,前两种方法是一样的,都需要为局部数据分配存储空间,并将静态存储区的数据拷贝过来,而最后一种方法是通过指针直接访问静态数据而无需拷贝。如果字符串长度大于系统中指针的长度,第三种方法将在时间和空间上大大优于前两种方法(第三种方法极大的节省了堆栈空间,并减少了拷贝数据所用的时间)。 但是,对于 MCU 来说,并不总是第三种方法好,原因在于第三种方法是直接访问常量段,由上面的表可知,对于将常量存储于 Flash 的 MCU 来说,访问常量段要比访问 RAM 慢得多。因此,如果接下来要频繁访问这个字符串,那么,采用前两种方法在速度上将会更优一些,理由是前两种方法只需要访问一次 Flash,而第三种方法则每次都需要访问 Flash。 当然,如果在接下来的程序中,需要修改字符串 Str 中的内容,那就只能采用前两种方法,第三种方法将会提示错误。 特殊说明:本文的一些内容跟编译器的特性相关,不同编译器,甚至相同编译器的不同版本间存在一定差异。 |