STM32内存大小与地址的对应关系以及计算方法

只看该作者 · 2023-7-31 16:43

概述
在计算机中要访问存储区，都是通过地址来进行访问的，包括所有的外设（比如串口、内存、硬盘等），都对应有一个访问地址，地址就相当于门牌号，有了门牌号，我们才知道操作的是哪一个区域、哪一个外设。

最被大家熟知的是计算机内存，计算机内存有4G、8G，16G等等，对于程序员而言，要在代码中操作这些内存，肯定得知道内存的地址，此外，还需要会计算【地址】与【内存大小】的【计算方法】与【对应关系】。STM32作为微型计算机，原理也是一样。

本篇博客则以STM32F103为例，主要对地址的计算相关的问题进行阐述。

只看该作者 · 2023-7-31 16:46

2、公式
2.1 G/M/K/Byte/bit 单位换算公式
基本概念1：单位换算公式

1G = 1024M
1M = 1024K
1K = 1024Byte
1Byte = 8bit

2.2 地址与字节大小的关系
基本概念2：在计算机中，一个地址，代表一个字节（1Byte）。
基本概念3：我们常说的8位机、16位机、32位机、64位机，指的是地址的长度。
即：地址最长可以有几个比特位，例如：8位机地址最长8个比特位，最大地址0xFF。

只看该作者 · 2023-7-31 16:47

基本概念3含义详细解释如下：（备注：此处直接阐述结果，后面有详细的计算方法。）

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因为计算机只能识别二进制0/1，寻址的时候也一样是通过二进制0101来寻址的，我们常说的32位机、64位机，指的是地址的2进制长度。比如：

 8位机，地址长度是  8个二进制bit，最长0xFF。       地址范围：0x0 - 0xFF，       即：最大可以表示2^8  == 256个地址，即：256个字节

16位机，地址长度是 16个二进制bit，最长0xFFFF。     地址范围：0x0 - 0xFFFF，     即：最大可以表示2^16 == 64k个地址，即：64k个字节

32位机，地址长度是 32个二进制bit，最长0xFFFF FFFF。地址范围：0x0 - 0xFFFF FFFF，即：最大可以表示2^32 == 4G 个地址，即：4G个字节

64位机，地址长度是 64个二进制bit，最长0xFFFF FFFF FFFF FFFF(16个F)。地址范围：0x0 - 0xFFFF FFFF FFFF FFFF(16个F)，即：最大可以表示2^64==2GG个地址，即：2GG个字节

只看该作者 · 2023-7-31 16:48

比如：地址0x0000 0000就占一个字节，

地址0x0000 0001也占一个字节，

地址0x0000 0002也占一个字节，

…

地址0x0000 000F也占一个字节，

也就是说：

0x0000 0000 - 0x0000 000F总共有16个地址，占16个字节。

可以推出公式：

备注：十六进制1位 = 二进制4位，计算机只能识别二进制：1101 0101这种，所以要换算成二进制计算

只看该作者 · 2023-7-31 16:49

2.3 公式1：0xFF…FF (n个F)大小

公式1：地址 0xFF…FF (n个F)的地址大小为：
0 x F F . . . F F M e m o r y S i z e = 2 ( 4 ∗ n ) \color{red}{ \boldsymbol{ 0xFF...FF \quad MemorySize \, = \, 2^{ \: (4 \, * \, n)} } }
0xFF...FFMemorySize=2
(4∗n)

只看该作者 · 2023-7-31 16:50

2.4 公式2：0xmFF…FF (m后跟n个F)大小

公式2：地址 0xmFF…FF (n个F)的地址大小，等价于(m + 1)个0xFF…FF大小之和

只看该作者 · 2023-7-31 16:50

推导过程：0xmFF…FF可以拆分为(m+1)个0xFF…FF地址大小之和，即：

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   0xmFF...FF地址范围分割(共m+1行)           大小

    0x0 00...00 ——> 0x0 FF...FF            2^(4*n)

    0x1 00...00 ——> 0x1 FF...FF            2^(4*n)

    0x2 00...00 ——> 0x1 FF...FF            2^(4*n)

          ...             ...               ...

    0xm 00...00 ——> 0xm FF...FF            2^(4*n)

只看该作者 · 2023-7-31 16:50

即：

只看该作者 · 2023-7-31 16:50

2.5 公式3：0xm00…00 (m后跟n个0）大小

公式3：地址 0xm00…00 (m后跟n个0)的地址大小等价于(m-1)个0xFF…FF之和，再加1

只看该作者 · 2023-7-31 16:51

推导过程：

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    0xm00...00 = 0x(m-1)FF...FF + 1

只看该作者 · 2023-7-31 16:51

故：

只看该作者 · 2023-7-31 16:51

3、如何通过地址计算内存大小
STM32是32位单片机，其地址范围为：0x0000 0000 ——0xFFFF FFFF

要查找每个外设对应的地址，可以在对应的用户手册的Memory mapping章节，查询各个外设对应的起始地址、结束地址（比如SPI、串口、IIC、Flash等），

例如下图中，可以查询到：
外设SPI1的地址范围为：0x4001 3000 —— 0x4001 3400
外设Flash的地址范围为：0x0800 0000 —— 0x0801 FFFF

只看该作者 · 2023-7-31 16:51

只看该作者 · 2023-7-31 16:51

我们在这里以Flash Memory为例，计算一下STM32F103系列单片机的Flash Memory大小。

3.1、上图中可以查到Flash Memory地址范围为：
起始地址：0x0800 0000
结尾地址：0x0801 FFFF

只看该作者 · 2023-7-31 16:52

3.2、则Flash Memory最大内存 = 地址差
= 结尾地址 - 起始地址
= 0x0001,FFFF

只看该作者 · 2023-7-31 16:52

故：STM32F103系列单片机最大Flash Memory最大可以达到128K的内存，查询手册，在Description章节，可以看到介绍如下图：

如蓝色阴影部分描述，Flash Memory最大可以达到128K，说明上述计算正确。

只看该作者 · 2023-7-31 16:52

3.3、小细节
上述计算的地址范围为：0x0 0000——0x1 FFFF，大小为128K
可以平均分为两个部分，每个部分占64K：

只看该作者 · 2023-7-31 16:53

4、常用内存对照表

只看该作者 · 2023-8-4 13:46

32位寄存器，即战4个地址，然后从ISER[0]开始，地址偏移为0x00，到ICER[0]，总共有(8+24)*4=80个地址，所以其偏移量就是0X080了。

只看该作者 · 2023-8-4 14:01

要计算某个特定地址的实际物理地址，可以使用以下公式：

物理地址 = 基地址 + 偏移量

其中，基地址指的是相应内存区域（如Flash、SRAM等）的起始地址，偏移量指的是相对于基地址的偏移量，以字节为单位。

举例来说，如果要计算Flash存储器中偏移量为100字节的地址对应的物理地址，可以使用如下公式：

物理地址 = FLASH_BASE + 100

同样，如果要计算SRAM中偏移量为50字节的地址对应的物理地址，可以使用如下公式：

物理地址 = SRAM_BASE + 50