单片机的存储、堆栈与程序执行方式

一、单片机存储区域

如图所示位STM32F103ZET6的参数:
单片机的ROM(内部FLASH):512KB,用来存放程序代码的空间。
单片机的RAM:64KB,一般都被分配为堆、栈、变量等的空间。
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二、堆和栈的概念

单片机中的堆和栈是用来存储程序运行时的数据的两个重要区域。堆和栈都存在于单片机的RAM(随机存储器)中。
堆是用来存储动态分配的内存空间的区域。在单片机中,堆的大小取决于程序的需求,但是总大小不能超过单片机硬件的实际RAM大小。堆的分配和释放是由程序员手动控制的,通常使用malloc()和free()等函数来进行操作。
栈是用来存储函数调用和局部变量的区域。每当一个函数被调用时,函数的参数、返回地址和局部变量等信息都会被压入栈中。当函数执行完毕后,这些信息会被弹出栈。栈的大小是由编译器在编译时确定的,通常是根据函数的嵌套深度和局部变量的大小来决定的。
堆和栈都是用来存储程序运行时的数据的区域,但是它们的分配和使用方式有所不同。

三、堆和栈的位置与分配方式

堆栈位置

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栈:向低地址扩展,从上往下扩展;
堆:向高地址扩展,从下网上扩展;
设置堆栈的空间大小时要根据程序需求合理调整,如果堆或栈的空间分配不足,导致堆栈溢出,程序跑飞。

合理分配堆栈

可以通过编译后生成的后缀为.htm的文件查看所需的栈的大小:
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如图所示为某程序的.htm文件的内容:
最大的栈空间=800bytes+未知
未知的空间去800的20%就足够了。
那么栈空间的大小可以设置为800+160=960byte

堆的分配和释放是由程序员手动控制的,通常使用malloc()和free()等函数来进行操作。栈空间的大小根据我们在程序中分配的最大的堆的大小来决定。当然,最好也预留一些预留,如果在程序中分配了100byte,那么,可以设置堆大小为110bytes。

四、案例分析

打开KEIL工程中的Map File文件后,在文件内容最下方可以看到如下统计。

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图中,各代号含义如下,
Code:代码存储区。这部分是存放代码的。
RO-Data:只读数据区。这部分保存程序中用 const 定义的全局常量数据和字符串。
RW-Data:已初始化的读写数据。程序中定义的已经初始化的全局变量和静态变量。
ZI-Data:未初始化的读写数据。程序中定义的未初始化的全局变量和静态变量。这部分内容是在程序运行的时候保存在RAM中的。
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五、STM32堆栈设置

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六、PC指针与SR指针

SP(Stack Pointer,堆栈指针寄存器)
堆栈是一个用于存储临时数据和函数调用信息的数据结构。SP 指向堆栈的当前顶部,当数据被推入或弹出堆栈时,SP 会相应地递减或递增。

PC(Program Counter,程序计数器)
概念:程序计数器通常有32位或64位,能表示232或264个内存地址,程序计数器某一时刻只能存储一个地址,该地址指向下一条将要执行的指令。
功能:是控制指令执行流程的关键,确保指令按照正确的顺序执行。

单片机程序执行过程:
1、首先开辟堆栈:初始化堆栈指针 SP
2、初始化程序计数器指针:初始化 PC 指针
3、从FLASH启动,执行程序:
单片机上电复位后实际上是执行了