STM32内存分配以及堆栈、变量、代码等的存储位置理解与分析

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前言

        STM32的程序存储器、数据存储器、寄存器和输入输出端口被组织在同一个4GB的线性地址空间内, 地址范围为0x0000 0000至0xFFFF FFFF。其中FLASH为ROM类型，储存的数据掉电不易失；RAM中存储的数据掉电易失。以STM32F103系列为例，最多有512KB的FLASH空间以及最多64KB的RAM空间，另外还包含一个512字节的用于标准USB和CAN通信的SRAM。如下图所示：

一、FLASH分段

FLASH主要是存放代码和只读数据的，细分图如下：

        如上图所示，Flash又可以细分为文本段、只读数据段、数据复制段。其中文本段包含代码和代码中的常量部分，只读数据区通常存放程序中以const关键字修饰的数据，数据复制段存放的则是程序中初始化不为0的全局变量的数据，在每次单片机复位后要对这些变量重新赋值。

二、RAM分段

RAM主要用来存储数据，如下是STM32的RAM分区：

data段：存放初始化非0的全局变量；

bss段：存放未初始化或初始化为0的全局变量；

Heap（堆）段：由程序员通过malloc/free申请和释放；

Stack（栈）段：存放局部变量和函数的入口地址；

        其中栈的方向是由栈顶自上而下的，堆的方向则是自下而上的，如果RAM空间有限而且一个程序中局部变量较多或申请的堆空间过大，便会造成堆和栈冲突，并造成系统崩溃（自己暂时写的程序较小，暂时没有遇到过类似问题）。

        栈，也叫堆栈，是一种先进后出，插入和删除操作都在栈顶操作的线性表。栈的作用通常是保存函数返回地址及保存局部变量。每个函数在运行时都有自己的栈空间，局部变量越多，占空间占用越大，函数间调用越深，栈空间也越大。CPU将打断前的程序运行到的地址、寄存器的值保存到栈中，即保护现场；当打断执行完以后，又从栈中读取之前保存的值，即恢复现场。

        如下是STM32启动文件（.s）中对栈和堆的定义，其中栈大小为0x400即1KB，堆大小为0x200即512Byte。

; <h> Stack Configuration
;   <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Stack_Size		EQU     0x400

                AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp
                                                  
; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>

Heap_Size      EQU     0x200

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

三、kei中的map文件

如图在keil中编写如下程序代码，验证各变量的存储位置：

int a;
const int fconst[128] = {0};
volatile unsigned int *p;
volatile char *pc;
volatile int *pi;
volatile float *pf;

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

    volatile char c = 0;
	a = fconst[5];
	a = 123;
	p = (volatile unsigned int *)(0x40010800 + 0x0c);
    
  /* USER CODE END 1 */

其中：变量a为未初始化的全局变量，应保存在RAM的bss段；

           变量fconst为只读数据，应保存在Flash的只读数据段；

           变量p，pc，pi，pf均为指针型未初始化全局变量，也应保存在RAM的bss段，且均分配4字节的空间大小。