stm32內存知識點(轉)

1.bss段，data段、text段、堆(heap)和棧(stack)

bss段：

　　bss段（bss segment）一般是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域。

　　bss是英文Block Started by Symbol的簡稱。

　　bss段屬於靜態內存分配。

data段：

　　數據段（data segment）一般是指用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內存區域。

　　數據段屬於靜態內存分配。 

text段：

　　代碼段（code segment/text segment）一般是指用來存放程序執行代碼的一塊內存區域。

　　這部分區域的大小在程序運行前就已經肯定，而且內存區域一般屬於只讀(某些架構也容許代碼段爲可寫，即容許修改程序)。

　　在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數變量，例如字符串常量等。

堆（heap）：

　　堆是用於存放進程運行中被動態分配的內存段，它的大小並不固定，可動態擴張或縮減。

　　當進程調用malloc等函數分配內存時，新分配的內存就被動態添加到堆上（堆被擴張）；

　　當利用free等函數釋放內存時，被釋放的內存從堆中被剔除（堆被縮減）。

棧(stack)：

　　 棧又稱堆棧，是用戶存放程序臨時建立的局部變量，

　　也就是說咱們函數括弧「{}」中定義的變量（但不包括static聲明的變量，static意味着在數據段中存放變量）。

　　除此之外，在函數被調用時，其參數也會被壓入發起調用的進程棧中，而且待到調用結束後，函數的返回值也會被存放回棧中。

　　因爲棧的先進先出(FIFO)特色，因此棧特別方便用來保存/恢復調用現場。

　　從這個意義上講，咱們能夠把堆棧當作一個寄存、交換臨時數據的內存區。 

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一個程序本質上都是由 bss段、data段、text段三個組成的。

　　這樣的概念，不知道最初來源於哪裏的規定，但在當前的計算機程序設計中是很重要的一個基本概念。

　　並且在嵌入式系統的設計中也很是重要，牽涉到嵌入式系統運行時的內存大小分配，存儲單元佔用空間大小的問題。

    在採用段式內存管理的架構中（好比intel的80x86系統），bss段一般是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內存區域，

　　通常在初始化時bss 段部分將會清零。bss段屬於靜態內存分配，即程序一開始就將其清零了。

    好比，在C語言之類的程序編譯完成以後，已初始化的全局變量保存在.data 段中，未初始化的全局變量保存在.bss 段中。

　　text和data段都在可執行文件中（在嵌入式系統裏通常是固化在鏡像文件中），由系統從可執行文件中加載；

　　而bss段不在可執行文件中，由系統初始化。

例：

兩個小程序以下：

程序1:

int ar[30000];
void main()
{
    ......
}

 

程序2:

int ar[300000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6 };
void main()
{
    ......
}

發現程序2編譯以後所得的.exe文件比程序1的要大得多。當下甚爲不解，因而手工編譯了一下，並使用了/FAs編譯選項來查看了一下其各自的.asm，

發如今程序1.asm中ar的定義以下：

_BSS SEGMENT
     ?ar@@3PAHA DD 0493e0H DUP (?)  ; ar
_BSS ENDS
而在程序2.asm中，ar被定義爲：

_DATA SEGMENT
     ?ar@@3PAHA DD 01H  ; ar
                DD 02H
                DD 03H
                ORG $+1199988
_DATA ENDS
區別很明顯，一個位於.bss段，而另外一個位於.data段，二者的區別在於：

全局的未初始化變量存在於.bss段中，具體體現爲一個佔位符；

全局的已初始化變量存於.data段中；

而函數內的自動變量都在棧上分配空間；

.bss是不佔用.exe文件空間的，其內容由操做系統初始化（清零）；

.data卻須要佔用，其內容由程序初始化。所以形成了上述狀況。

bss段（未手動初始化的數據）並不給該段的數據分配空間，只是記錄數據所需空間的大小；

bss段的大小從可執行文件中獲得 ，而後連接器獲得這個大小的內存塊，緊跟在數據段後面。

data段（已手動初始化的數據）則爲數據分配空間，數據保存在目標文件中；

data段包含通過初始化的全局變量以及它們的值。 當這個內存區進入程序的地址空間後所有清零。

 

包含data段和bss段的整個區段此時一般稱爲數據區。

 

STM32的內存管理和堆棧相關的認知

 

今天仔細讀了一下內存管理的代碼，而後還有看了堆棧的相關知識，把之前不太明白的一些東西想通了，寫下來，方便之後查看，也想你們看了能指出哪裏不對，而後修改。    

 

 

 

首先，先看一下stm32的存儲器結構。

​Flash，SRAM寄存器和輸入輸出端口被組織在同一個4GB的線性地址空間內。可訪問的存儲器空間被分紅8個主要塊，每一個塊爲512MB。

FLASH存儲下載的程序。

SRAM是存儲運行程序中的數據。

因此，只要你不外擴存儲器，寫完的程序中的全部東西也就會出如今這兩個存儲器中。

這是一個前提！

堆棧的認知

1.     STM32中的堆棧。

這個我產生過混淆，致使了不少邏輯上的混亂。首先要說明的是單片機是一種集成電路芯片，集成CPU、RAM、ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器/計數器等功能。CPU中包括了各類總線電路，計算電路，邏輯電路，還有各類寄存器。Stm32有通用寄存器 R0‐ R15 以及一些特殊功能寄存器,其中包括了堆棧指針寄存器。當stm32正常運行程序的時候，來了一箇中斷，CPU就須要將寄存器中的值壓棧到RAM裏，而後將數據所在的地址存放在堆棧寄存器中。等中斷處理完成退出時，再將數據出棧到以前的寄存器中，這個在C語言裏是自動完成的。

2.     編程中的堆棧。

在編程中不少時候會提到堆棧這個東西，準確的說這個就是RAM中的一個區域。咱們先來了解幾個說明:

(1) 程序中的全部內容最終只會出如今flash，ram裏（不外擴）。

(2) 段的劃分，是將相似數據種類存儲在一個區域裏，方便管理，但正如上面所說，無論什麼段的數據，都是最終在flash和ram裏面。

C語言上分爲棧、堆、bss、data、code段。具體每一個段具體是存儲什麼數據的，直接百度吧。重點分析一下STM32以及在MDK裏面段的劃分。

MDK下Code, RO-data,RW-data,ZI-data這幾個段:

Code是存儲程序代碼的。

​RO-data是存儲const常量和指令。

​RW-data是存儲初始化值不爲0的全局變量。

​ZI-data是存儲未初始化的全局變量或初始化值爲0的全局變量。

Flash=Code + RO Data + RW Data;

RAM= RW-data+ZI-data;

這個是MDK編譯以後可以獲得的每一個段的大小，也就能獲得佔用相應的FLASH和RAM的大小，可是還有兩個數據段也會佔用RAM，可是是在程序運行的時候，纔會佔用，那就是堆和棧。在stm32的啓動文件.s文件裏面，就有堆棧的設置，其實這個堆棧的內存佔用就是在上面RAM分配給RW-data+ZI-data以後的地址開始分配的。

堆:是編譯器調用動態內存分配的內存區域。

棧:是程序運行的時候局部變量的地方，因此局部變量用數組太大了都有可能形成棧溢出。

堆棧的大小在編譯器編譯以後是不知道的，只有運行的時候才知道，因此須要注意一點，就是別形成堆棧溢出了。。。否則就等着hardfault找你吧。

3.     OS中的堆棧及其內存管理。

嵌入式系統的堆棧，不論是用什麼方法來獲得內存，感受他的方式都和編程中的堆差很少。目前我知道兩種得到內存狀況：

（1）用龐大的全局變量數組來圈住一塊內存，而後將這個內存拿來進行內存管理和分配。這種狀況下，堆棧佔用的內存就是上面說的：若是沒有初始化數組，或者數組的初始化值爲0，堆棧就是佔用的RAM的ZI-data部分；若是數組初始化值不爲0，堆棧就佔用的RAM的RW-data部分。這種方式的好處是容易從邏輯上知道數據的來由和去向。

（2）​就是把編譯器沒有用掉的RAM部分拿來作內存分配，也就是除掉RW-data+ZI-data+編譯器堆+編譯器棧後剩下的RAM內存中的一部分或者所有進行內存管理和分配。這樣的狀況下就只須要知道內存剩下部分的首地址和內存的尾地址，而後要用多少內存，就用首地址開始挖，作一個鏈表，把內存獲取和釋放相關信息連接起來，就能及時的對內存進行管理了。內存管理的算法多種多樣，不詳說，這樣的狀況下：OS的內存分配和自身局部變量或者全局變量不衝突，以前我就在這上面糾結了好久，覺得函數裏面的變量也是從系統的動態內存中得來的。這種方式感受更加可以明白本身地址的開始和結束。

這兩種方法我感受沒有誰更高明，由於只是一個內存的獲取方式，高明的在於內存的管理和分配。​

keil編譯後code，RO-data,RW-data,ZI-data含義及mcu的flash實際存儲數據

keil編譯後會有一行：Program Size:Code=xxxRO-data=xxx RW-data=xxx ZI-data=xxx

Code 表明執行的代碼，程序中全部的函數都位於此處。

RO-data 表明只讀數據，程序中所定義的全局常量數據和字符串都位於此處。

RW-data 表明已初始化的讀寫數據，程序中定義而且初始化的全局變量和靜態變量位於此處。

ZI-data 表明未初始化的讀寫數據，程序中定義了但沒有初始化的全局變量和靜態變量位於此處。ZI英語是zero initial，就是程序中用到的變量而且被系統初始化爲0的變量的字節數，keil編譯器默認是把你沒有初始化的變量都賦值一個0，這些變量在程序運行時是保存在RAM中的。

2.若是你查看.map文件，以下例子：

 

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    Total RO  Size (Code + RO Data)                 2980 (   2.91kB)
    Total RW  Size (RW Data + ZI Data)               104 (   0.10kB)
    Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)       2988 (   2.92kB)

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Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)這樣所寫的程序佔用的ROM的字節總數，也就是說程序所下載到ROM flash 中的大小。爲何Rom中還要存RW，由於掉電後RAM中全部數據都丟失了，每次上電RAM中的數據是被從新賦值的，每次這些固定的值就是存儲在Rom中的，爲何不包含ZI段呢，是由於ZI數據都是0，不必包含，只要程序運行以前將ZI數據所在的區域一概清零便可，包含進去反而浪費存儲空間。

實際上，ROM中的指令至少應該有這樣的功能：       1. 將RW從ROM中搬到RAM中，由於RW是變量，變量不能存在ROM中。       2. 將ZI所在的RAM區域所有清零，由於ZI區域並不在Image中，因此須要程序根據編譯器給出的ZI地址及大小來將相應得RAM區域清零。ZI中也是變量，同理：變量不能存在ROM中。       在程序運行的最初階段，RO中的指令完成了這兩項工做後C程序才能正常訪問變量。不然只能運行不含變量的代碼。