Stm32 Flash 及 Ram 内存管理

发表于 2025-9-6 18:41

该文章的背景是我使用keil工程写了一个bootloader，给另外用stm32cubeide的app使用，原bootloader工程是已经验证过的方案，但在使用的过程中发现bootloader跳转后的sp地址不对，在解决这个问题的路上学到诸多内容，特此分享。

1.RAM 内存管理
首先了解RAM是如何分配的，下图可以清晰的展示内存分配

简而言之分四段，.data 区存储的是初始化的全局变量和静态变量，.bss区存放的未初始化的全局变量和局部变量， user_head_stack 则是堆和栈的地址，并且堆的地址一般在.bss地址的下一个字节，而栈的地址则在堆之后。这个我后续会在特别分析

2.FLASH 内存管理
flash内容要复杂一些，我这边分两张图来分析，第一张图 ROM size 即使Flash内存储的内容，

里面包括了 Code ,Ro Data, Rw Data,Code指的是代码区，Ro Data是定义的常量数据，Rw Data是初始化的全局变量，事实上还会有 inc.data 和 ZI Data，inc.data指的常量的字符串，如定义的字符串“Hello Word”，这样的内容，而ZI Data不会实际全部存储在Flash内部，而是存储的ZI Data的地址，因为实际上ZI data的内容都是清零，所以只需要记录地址即可。

在stm32cubeide中的 Memory Details中描述了Flash的内存管理，第一段是中断向量表，第二段是代码区，第三段是常量区，.init_array 和 .fini_array是连接链接脚本中的一个字段，在执行main之前，会遍历执行.init_array中的函数，.fini_array则会在main结束后执行。.data段是初始化的全局变量，.bss 和 ._user_head_stack 这边表达的比较特殊，看起来这部分内容存放在flash内，实际上只是存放了地址信息。

3.keil 和 stm32cubeide 对于堆栈的处理的不同
先看stm32cubeide设置的栈的地址，在ld文件中可以看到设置了_estack的地址未RAM的地址+RAM的长度，也就是RAM的最顶部，在startup.s文件中，第一个自己是栈地址，也就是_estack地址，因此stm32cubeide 默认设置的栈地址是RAM 的顶端，而堆的地址则在.bss后面stm32cubeide 里面的对于堆和栈的大小的定义为 _Min_Size ，这也是stm32cubeide对堆和栈的管理设计。

总结，stm32cubeide 栈指针在ram顶端，堆在.bss的后一个字节，cubemx中设置的head_size 和 stack_size 是最小的大小，实际大小为除了全局变量和静态变量以外的全部内存。

keil 对堆和栈的管理类似，但是不同，keil对堆栈分配内存的时候则是按照实际的heap_size 以及 stack_size 分配，见下图

4.stm32cubeide bootloader的问题
我们在写bootloader时有一个关键步骤，则是_set_msp，也就是设置sp的地址，在使用stm32cubeide 进行调试时，cubeide会从首地址设置sp的地址，如果bootloader和app都是用的stm32cubeide来写的，那不会有问题，因为栈顶指针都在ram顶部，但如果使用stm32cubeide来写app，并且用keil写bootloader，使用stm32cubeide调试时，会设置sp地址为keil计算出来的地址，此时就是容易出现栈溢出的情况，如何解决这种情况呢？

在Reset_Handler 中添加一行以下内容，事实上，在f4,以及L4的芯片的Startup.s文件中，就是有这行的，只有在f1芯片的startup.s中没有这个，估计st公司也发现了这个问题，只是没修改f1的startup中的内容，因此闹了个乌龙。

ldr sp, =_estack

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发表于 2025-9-8 09:11

高速RAM，适用于中断频繁访问的数据或实时性要求高的任务栈。

发表于 2025-9-8 10:02

将大常量（如 lookup 表）放入 Flash（用 const 修饰），避免占用 RAM

发表于 2025-9-8 11:26

允许运行时动态调整分区大小，灵活性高但管理复杂。

发表于 2025-9-8 14:26

存储函数调用上下文和局部变量，后进先出，需合理设置大小以防溢出。

发表于 2025-9-8 15:36

根据函数调用深度和局部变量大小调整栈空间

发表于 2025-9-9 16:07

按扇区（Sector）或页（Page）划分（不同系列差异大，如 F1 系列分扇区，F4 系列分 Bank+Sector）。
写入前需先擦除（擦除单位为扇区 / 页），擦写次数有限（通常 10 万次以上）。
读取速度快（可直接执行代码），但写入速度较慢（需等待擦除和编程时间）。

发表于 2025-9-9 18:13

通过修改链接脚本（.ld 文件），将 Flash 划分为不同区域，避免代码与用户数据冲突

发表于 2025-9-9 19:22

Flash 写入失败，检查地址是否在用户可访问区域、是否已解锁、电压是否稳定。

发表于 2025-9-10 10:00

Flash：用于固化数据，避免频繁擦写，合理划分扇区；

RAM：用于动态数据，优化堆/栈分配，减少碎片和泄漏；

发表于 2025-9-10 14:25

于存储函数调用时的局部变量和函数调用信息。栈的大小也在启动文件中定义。栈采用后进先出（LIFO）策略。

发表于 2025-9-10 15:07

优先使用静态分配（全局 / 静态变量），避免频繁动态分配。
若需动态内存，使用固定大小内存池而非 malloc()。

发表于 2025-9-10 15:45

通过调试工具查看 RAM 使用率（如 .data/.bss 占用）和栈 / 堆峰值，避免过度分配

发表于 2025-9-10 17:40

未使用const修饰大数组，导致RAM耗尽

发表于 2025-9-10 19:06

未初始化的全局变量和静态变量在RAM中也会分配空间，并在程序启动时初始化为0。

发表于 2025-9-10 20:18

存储程序代码、常量数据、配置参数，掉电不丢失。

发表于 2025-9-13 10:37

动态内存分配区域，通过malloc()/free()管理，需注意碎片化问题。

发表于 2025-9-13 14:15

Flash 存储代码、常量、掉电不丢失数据

发表于 2025-9-13 16:36

避免频繁写入同一区域，延长芯片寿命。

发表于 2025-9-13 16:58

通过内存保护单元限制对特定Flash区域的访问权限

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