stm32内存分配解析及变量的存储

只看该作者 · 2023-7-31 16:55

内存映射
在一些桌面程序中，整个内存映射是通过虚拟内存来进行管理的，使用一种称为内存管理单元（MMU）的硬件结构来将程序的内存映射到物理RAM中。在对于RAM紧缺的嵌入式系统中，是缺少MMU内存管理单元的。因此在一些嵌入式系统中，比如常用的STM32来讲，内存映射被划分为闪存段（也被称为Flash,用于存储代码和只读数据）和RAM段（用于存储写数据）。
**STM32的Flash和RAM地址范围**
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只看该作者 · 2023-7-31 16:55

只看该作者 · 2023-7-31 16:55

从中我们可以看到RAM地址是从0x2000 0000开始的，Flas地址是从0x0800 0000开始的。

只看该作者 · 2023-7-31 16:56

代码和数据是存放在Flash中的，下面是将flash内部进行细分后的一张图片，图中标明了代码段，数据段以及常量在flash中的位置。Flash又可以分为这么几个部分，分别是文本段（Text），其中文本段中又包括可执行代码
(Executable Code)和常量 (Literal Value)，在文本段之后就是只读数据区域 (Read Only Data)，当然并不是所有架构的单片机都满足这样一个排布规律，这里只针对ARM Cortex M3 系列，只读数据段后面接着的就是数据复制段 (Copy of Data Section)，第一次遇到这个概念的朋友看到数据复制可能会有所疑惑，其实这个段充当的作用是存放程序中初始化为非 0 值的全局变量的初始值，之所以要将初始值存放到这里，是因为全局变量是存放在 RAM 上的，RAM 上的值掉电便丢失，每次上电后这些变量是要进行重新赋值的，而重新赋的值就存放在这里。那为什么不存放初始化为 0 的全局变量初始值呢，原因也很简单，既然是初始化为 0,那么在上电后统一对存放初始化为 0 的全局变量的那块区域清0就好了。下面举一个例子分析各个变量在上述中的存储位置：#include <stdio.h>

const int read_only_variable = 2000;

int data = 500;

void my_function(void)

{

int x = 200；

char *str = 'string';

}

只看该作者 · 2023-7-31 16:56

在上述代码中，read_only_variable 是一个用 const 修饰的全局变量，它是只读的，存放在 flash 中的只读数据区域，编译器会给 read_only_variable 分配一个地址，并将 2000 这个数据存放到这个位置。data 这个变量将存放到 RAM 中的RW区域中 (后面将会进行详细讲解)，但是 data 后面的初始值 500 将会被存放到数据复制区域中，也就是上图中从下往上的第三个区域。在 my_function 中的变量 x 将会被存放到 RAM 中的堆栈中，将 x 赋值为 200 ,200 将被存储到 flash 里的 Text 中的常量区 (Literal Valu) 中。str 是一个 char 型的指针变量，它指向的是字符串第一个字符存放的位置，然而对于字符串 string 来讲，它是存放在Text常量区的，所以指针变量指向这个区域的一个地址，但是因为它终归中局部变量，它指向 Flash 的一个地址，但是其本身还是存放于 RAM 中的堆栈上的。
RAM

只看该作者 · 2023-7-31 16:56

STM32单片机的片内RAM会被链接文件“分区”为如下几个段：

如上图所示，RAM中包含了如下几个部分：
栈 (Stack) : 存放局部变量和函数调用时的返回地址

堆 (heap) : 由 malloc 申请，由 free 释放

bss : 存放未初始化或者是初始化为 0 的全局变量

data : 存放初始化为非 0 值的全局变量

只看该作者 · 2023-7-31 16:57

下面举一个简单的例子来说明变量在各个段中的存储位置：

复制

#include <stdio.h>



#include <stdlib.h>



int data_var = 500;



int bss_var0;



int bss_var1 = 0;



static int static_var;



void my_function(void)



{



    static int static_var1 = 0;



    int stack = 0;



    char *buffer;



    const int value = 1;



    buffer = malloc(10);



}

上述变量的命名已经很清楚地表明了变量处于 RAM 中的哪一个段，datavar 是已经初始化的全局变量，存放在 RAM 的 data 区，bssvar0 和 bssvar1是未初始化和初始化为0的全局变量，他们都存放于 RAM 中的 bss段，由 static 修饰的staticvar 和 static_var1 都存放于 bss段，区别只在于两个变量的作用域不同。stack 是在函数内部定义的局部变量，其存放于 RAM 的栈区域，用 const 修饰的局部变量 value ,虽然他是只读的，但是它是存储于 RAM 中的栈中的，这里也说明一点，并不是所有用 const 修饰的变量都是存放于只读变量区的。buffer指针变量用 malloc 函数申请了 10 字节的内存空间，那这10字节的内存空间位于堆中。

只看该作者 · 2023-7-31 16:58

堆栈溢出

在STM32的启动文件(startup_stm32fxxx.s)中，刚开头就有对堆和栈空间的定义描述。如图定义了栈的大小是（0x400），堆的大小是（0x200）。栈里面存放的是一些函数执行时的局部变量、中断入口等，函数执行结束时这些存储单元自动被释放。堆是程序在运行的时候用malloc或new申请任意大小的内存，程序员自己负责在适当的时候用free或delete释放内存。

只看该作者 · 2023-7-31 16:59

再来看一下MAP文件，如下图：

只看该作者 · 2023-7-31 16:59

可以看到在整个ram空间（0x2000 0000起）依次存放了data、bss、HEAP、STACK，其中堆和栈的大小和我们定义的是一致的。
在ram中值得关注的是堆和栈的空间，堆是向上增长的而栈是向下生长的，如果一个函数运行的时候有大量的局部变量（栈向下增长），同时程序在整个过程中malloc申请了大量的堆空间而没有释放（堆向上增长），造成堆和栈空间的冲突，一旦堆栈冲突，系统就崩溃了。

复制

   如果在程序运行的过程中，堆的空间也一直在消耗，同时栈的空间也在增加，那么这时堆和栈如果碰到一起，那么就会造成堆栈溢出，从而导致我们的程序跑飞。

只看该作者 · 2023-7-31 16:59

问题：
1、stm32程序定义的各种参数都存在哪，比如我定义一个存放1000个数的数组，这些数都存在哪啊？？？
看你是怎么定义的了，如果加了const，那就保存在ROM中。如果申明了数组但没初始化，那就是放在RAM中的；如果初始化了，数组放在RAM中，但数组初始化的数据放在ROM中，有程序从ROM复制到RAM。

只看该作者 · 2023-7-31 16:59

2、stm32const数组占用什么空间？
stm32const数组占用结构体空间。根据查询相关资料显示stm32const数组文件默认定义的堆、栈大小为0乘200、0乘400时，占用结构体空间，当超出定义大小时会溢出到全局、静态变量空间。数组就是有序的元素序列，若将有限个类型相同的变量的集合命名，那么这个名称为数组名。