STM32内存知识

技术分享 2年前 (2022-06-10) 0 999+

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在了解STM32内存之前需要了解 MCU 的型号和MDK 中的.map 文件，很多刚学习 stm32 时都不会过多的去了解 MCU 的选型，是在太枯燥了。这里在从新了解一下，久了就熟悉了。

一、STM32命令规则

二、MDK下生成.map文件

在MDK中勾选.map文件的生成，确认后编译一下工程即可生成，map文件。
打开.map文件

三、MDK下文件基本概念

在.map文件的最后可以看到文件信息的统计，如下图所示：

当然每次编译完成后也可以看到统计信息，如下图所示：

了解MDK下的一些常用变量名：

变量	作用
code	代码存储区，存放函数体的二进制代码
Ro-data	只读数据存储区，存放字常量数据类型（如const类型）程序结束后有系统自动释放
RW-data	初始化可读写变量的大小，程序结束后由系统自动释放。
ZI-data	没有初始化的可读写变量大小，程序结束后由系统自动释放。
heap	堆区，一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS释放。
stack	栈区，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。
.text	与RO-code同义
.constdata	与RO-data同义
.bss	未初始化的全局和静态变量，编译器自动初始化为0
.data	初始化的全局和静态变量（与RW-data同义）
PAD	地址空间对齐
RO Size	包含Code及RO Data，表示只读数据占用Flash空间的大小。
RW Size	包含RW Data及ZI Data，表示运行时占用的RAM的大小。
ROM Size	包含Code，RO Data及RW Data，表示烧写程序所占用的Flash的大小。

注意：栈向下生长，内存地址由高至低；堆向上，内存地址由低至高

通过上面表格可知STM32在编程时所用RAM和ROM的大小：

Flash(ROM)=Code+Ro-data Sram(RAM)=Rw-data+ZI-data

四、STM32内存

这里我找了一位大佬总结的博客“STM32内存知识你真的了解吗？”，感觉挺好的，所以我直接引用一下启动的图片，如下图所示：

STM32程序运行的流程
程序在运行之前，需要可执行将镜像文件（一般是bin或hex文件），通过烧写工具写入STM32的Flash中。STM32上电启动（从Flash启动时）后会将RW段中的RW-data（初始化的全局变量）拷贝到RAM中，然后根据编译器给出的ZI地址和大小分配出ZI段，并将这块RAM区域清零。如下图所示:左边是每上电flash+ram的状态，右边是上电后运行时flash+ram的状态。

注意：

可执行映像文件烧录到 STM32 后的内存分布包含 RO 段和 RW 段两个部分，其中其中 RO 段中保存了 Code、RO-data 的数据，RW 段保存了 RW-data 的数据，由于 ZI-data 都是 0，所以未包含在映像文件中。
STM32运行时不会拷贝RO段，因为CPU的可执行代码是直接从Flash中读取的。

STM32编程时需要注意的事项

堆栈的大小在编译器编译之后是不知道的，只有在运行时才知道，所以容易造成堆栈溢出（发生hardfault错误），那怎么知道自己的内存大小了，通过选型手册就知道了，比如我使用的是STM32F103C8T6，ROM是64k,RAM是20k，如下图所示：
程序中的常量，如果没加const也会编译到SRAM里，加了const会被编译到flash中。
栈向下生长，内存地址由高至低；堆向上，内存地址由低至高，堆栈之间没有固定的界限，堆栈冲突时会导致系统崩溃，如下图所示：

五、.map文件

不同文件中函数调用的关系

==============================================================================  Section Cross References      startup_stm32f10x_hd.o(RESET) refers to startup_stm32f10x_hd.o(.text) for Reset_Handler     startup_stm32f10x_hd.o(.text) refers to system_stm32f10x.o(.text) for SystemInit     startup_stm32f10x_hd.o(.text) refers to entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) for __main     stm32f10x_rcc.o(.text) refers to stm32f10x_rcc.o(.data) for APBAHBPrescTable     stm32f10x_gpio.o(.text) refers to stm32f10x_rcc.o(.text) for RCC_APB2PeriphResetCmd     stm32f10x_usart.o(.text) refers to stm32f10x_rcc.o(.text) for RCC_APB2PeriphResetCmd     led.o(.text) refers to stm32f10x_rcc.o(.text) for RCC_APB2PeriphClockCmd     led.o(.text) refers to stm32f10x_gpio.o(.text) for GPIO_Init     main.o(.text) refers to led.o(.text) for LED_GPIO_Config     main.o(.text) refers to stm32f10x_gpio.o(.text) for GPIO_ResetBits     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry10a.o(.ARM.Collect$$$$0000000D) for __rt_final_cpp     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry11a.o(.ARM.Collect$$$$0000000F) for __rt_final_exit     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry7b.o(.ARM.Collect$$$$00000008) for _main_clock     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry8b.o(.ARM.Collect$$$$0000000A) for _main_cpp_init     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry9a.o(.ARM.Collect$$$$0000000B) for _main_init     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry5.o(.ARM.Collect$$$$00000004) for _main_scatterload     entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) refers (Special) to entry2.o(.ARM.Collect$$$$00000001) for _main_stk     entry2.o(.ARM.Collect$$$$00000001) refers to entry2.o(.ARM.Collect$$$$00002712) for __lit__00000000     entry2.o(.ARM.Collect$$$$00002712) refers to startup_stm32f10x_hd.o(STACK) for __initial_sp     entry2.o(__vectab_stack_and_reset_area) refers to startup_stm32f10x_hd.o(STACK) for __initial_sp     entry2.o(__vectab_stack_and_reset_area) refers to entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000) for __main     entry5.o(.ARM.Collect$$$$00000004) refers to init.o(.text) for __scatterload     entry9a.o(.ARM.Collect$$$$0000000B) refers to main.o(.text) for main     entry9b.o(.ARM.Collect$$$$0000000C) refers to main.o(.text) for main     init.o(.text) refers to entry5.o(.ARM.Collect$$$$00000004) for __main_after_scatterload   ==============================================================================

如main.o(.text) refers to led.o(.text) for LED_GPIO_Config，是main.c文件中调用了led.c文件中的LED_GPIO_Config函数

被删除的冗余函数
```
==============================================================================  Removing Unused input sections from the image.      Removing startup_stm32f10x_hd.o(HEAP), (0 bytes).     Removing core_cm3.o(.emb_text), (32 bytes).     Removing system_stm32f10x.o(.constdata), (20 bytes).     Removing misc.o(.text), (220 bytes).     Removing stm32f10x_usart.o(.text), (880 bytes).  5 unused section(s) (total 1152 bytes) removed from the image.  ==============================================================================  
```
删除冗余的函数，有效降低程序的代码量，MDK自动优化，可以通过“One ELF Section per Function”选项开启，开启后可以大大优化程序代码量，打开方式是如下图所示：

打开后再次编译，看看.map文件中删除了81个函数，优化了2762字节，如下图所以：
局部标号和全局标号
- 局部标号
  主要是在文件中用static声明的全局变量和函数。汇编文件中的标号地址（作用域限本文件）
- 全局标号
  非static声明的变量和函数，汇编文件中的标号地址（作用域全局工程）
注意：
- Number 不站地址空间，大小为0。
- DATA 只读数据
- 文件中的标号再次用i.声明，说明在c文件中用static声明了的，如下图所示：
映像文件
映像文件可以分为加载域和运行域
加载域反应了ARM可执行映像文件各个段存放在寄存器中的位置关系。
组件大小
映像的真实大小

六、.htm文件

文件中做大的作用就是基本统计了所有被调用函数的栈stack使用的情况（不考虑中断嵌套）

栈的最大深度，调用路劲是main ⇒ LED_GPIO_Config ⇒ GPIO_Init
递归调用函数
函数指针
全局标号

比如复位中断函数，使用的是Thumb指令，占用0字节栈空间，函数代码大小2字节

比如系统时钟初始化函数SystemInit ，使用的是Thumb指令，函数代码大小68字节，占用栈空间8字节，代码深度28字节，函数调用路径是Call Chain = SetSysClock ⇒ SetSysClockTo72