STM32内存分配解析及变量的存储位置

STM32内存分配解析及变量的存储位置
原⽂
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：
#include <stdio.h>
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：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
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。