STM32 内存分配解析及变量的存储位置

# 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。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，用于存储读写数据。 # STM32 的 Flash 和 RAM 地址范围 笔者标题所说的内存是指 STM32 的 Flash 和 RAM，下图是 ARM Cortex M3 的地址映射图：  从图中我们可以看到 RAM 地址是从 0x2000 0000 开始的，Flash地址是从 0x0800 0000 开始的，笔者将在下文中着重对这两部分进行剖析。 ## Flash 代码和数据是存放在 flash 中的，下面是将 flash 内部进行细分之后的一张图，图中标明了代码段，数据段以及常量在 flash 中的位置。  如上图所示，Flash 又可以细分为这么几个部分，分别是文本段 (Text),其中文本段中又包含可执行代码 (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： ```c #include const int read_only_variable = 2000; int data = 500; void my_function(void) { int x = 200； char *str = "string"; } ``` 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 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 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： ```c #include #include 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，**data_var** 是已经初始化的全局变量，存放在 RAM 的 **data** 区，**bss_var0** 和 **bss_var1**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**static_var** 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。 ## 堆栈溢出 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。 # STM32中的map文件分析 在用 keil 编译 STM32 工程之后，我们会得到一个 map 文件，map 文件的最底部有这么一个信息：  上图中的各个段是和上文所述是能够进行对应起来的，正如下面这张表所示： Code | RO Data |RW Data|ZI Data -------- | ----- | ----- | ------ | Executable Code|Read Only Data |data|bss # 总结 对于 RAM 和 flash 空间都有限的 MCU 来讲，了解各个变量在内存中的存储位置是很有必要的，他能够很好地帮助我们去解决很多问题。 **最后如果您觉得我的文章对您有所帮助，欢迎关注我的个人公众号：wenzi嵌入式软件**