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单片机堆栈小知识

2023-05-16

目录

一、关于单片机堆栈的基础知识

1、STM32程序数据分类

2、STM32内存(RAM)分配

3、经典例子分析：

4、STM32堆栈位置

5、STM32栈增长方式

三、如何设置STM32的堆栈大小

1、MDK编译环境下

2、IAR 编译环境下

四、STM32单片机程序内存占用大小分析

1、MDK编译环境下

2、IAR编译环境下

一、关于单片机堆栈的基础知识

1、STM32程序数据分类

  • Code：程序代码
  • RO-data：const常量和指令
  • RW-data：初始化值不为0的全局变量
  • ZI-data：未初始化的全局变量 或 初始化值为0的全局变量

RO Size = Code + RO Data 表示程序运行时占用的FLASH大小

RW Size = RW Data + ZI Data 表示占用RAM大小

ROM Size = Code + RO Data + RW Data 表示烧写程序后占用的FLASH大小

2、STM32内存(RAM)分配

一个由C/C ++编译的程序占用的内存可分为以下几个部分：

  • 栈（stack）：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。
  • 堆（heap）：存放程序运行中被动态分配的内存，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回收。

  • bss段：通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，存放ZI-data数据
  • data段：通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域，存放RW-data数据

FLASH占用大致以下两个部分：

  • 文字常量区（const） ：常量字符串就是放在这里的。
  • 程序代码区 （code）： 存放函数体的二进制代码

3、经典例子分析：

int a = 0;              //全局初始化区
char *p1;               //全局未初始化区
main()
{
  int b;                //栈
  char s[] = "abc";     //栈
  char *p2;             //栈
  char *p3 = "123456";  //123456\0在常量区，p3在栈上。
  static int c =0；//全局（静态）初始化区
  p1 = (char *)malloc(10);
  p2 = (char *)malloc(20);   //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
  strcpy(p1, "123456");      //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

在MDK编译环境下，可在map文件的"Memory Map of the image"-->"Execution Region RW_IRAM1"内容中查看程序的RAM占用及分配情况，如下【图一】【图二】

                                                                                                              【图一】

                                                                                                                【图二】

 

4、STM32堆栈位置

首先看一下STM32的地址空间映射【图三】，STM32的堆栈就是存放在片上静态SRAM中的，地址分配可以见Keil的编译map文件的"Memory Map of the image"【图四】；可见堆的地址为0x20000a08，大小为0x200，栈的地址为 0x20000c08，大小为0x400，可推算栈顶地址为：0x20000c08 + 0x400 = 0x20001008。而程序在刚运行的时候，主堆栈指针MSP指向的是程序所占用内存的最高地址【图五】，也就是栈的栈顶地址。

                                                                                                     【图三】

                                                                                                    【图四】

                                                                                                          【图五】

5、STM32栈增长方式

STM32的栈增长方式是向下增长的，也就是程序运行后，SP指针从栈顶地址开始往下给函数的局部变量分配地址 。可以通过如下代码来测试STM32单片机的栈增长方式。

//保存栈增长方向 0,向下增长;1,向上增长.
static unsigned char stack_dir;

//查找栈增长方向,结果保存在stack_dir里面.
void find_stack_direction(void)
{
    static u8 *addr = NULL; //用于存放第一个dummy的地址。
    u8 dummy;               //用于获取栈地址 
    if(addr == NULL)        //第一次进入
    {                          
        addr = &dummy;     //保存dummy的地址
        find_stack_direction ();  //递归 
    }
    else                //第二次进入 
    {  
        if(&dummy > addr)stack_dir=1; //第二次dummy的地址大于第一次dummy,那么说明栈增长方向是向上的. 
        else stack_dir=0;             //第二次dummy的地址小于第一次dummy,那么说明栈增长方向是向下的.  
    }
}

 

三、如何设置STM32的堆栈大小

1、MDK编译环境下

通过修改.s启动文件中的 Stack_Size 和 Heap_Size大小

2、IAR 编译环境下

通过修改Linker-->Config中的CSTACK和HEAP大小

四、STM32单片机程序内存占用大小分析

map文件：通过编译器编译之后，集程序、数据及IO空间的一种映射文件。通过map文件可以知道函数大小，入口地址等一些重要信息。

1、MDK编译环境下

编译后的map文件大致有如下几个部分：在分析内存占用时主要看d、e段就行

a、Section Cross References：模块、段(入口)交叉引用

b、Removing Unused input sections from the image：移除未调用模块

c、Image Symbol Table：映射符号表

d、Memory Map of the image：内存（映射）分布，包括存储地址和运行地址分布

 

e、Image component sizes：存储组成大小，列出了各个文件中各种数据占用的内存大小

2、IAR编译环境下

编译后的map文件大致有如下几个部分：

a、MAIN INIF：关于map文件的主要信息。包含：IAR版本、日期、输出文件路径等

b、RUNTIME MODEL ATTRIBUTES：运行时MODEL属性

c、PLACEMENT SUMMARY：概述位置，即各Section（段）存储的位置

大致意思为：

"A0"段位于0x08000000，类型为intvec（初始化向量）；

"P1"段位于0x08000000 至 0x0807ffff区域，类型为 ro；

"P2"段位于0x20000000 至0x2000ffff区域，类型包含：rw, block CSTACK；

段与类型一般有对应关系：

     Section         Kind

"A1": 

     .intvec           ro code（ro代码）

"P1":

     .text             ro code（ro代码）

     .rodata          const （常量）

     CODE           ro code（ro代码）

     .iar.init_table     const（常量）

     Initializer bytes   ro data（ro数据）

"P2":

     .data           inited（已初始化数据）

     .bss            zero（未初始化数据 零）

d、INIT TABLE：初始化表

e、MODULE SUMMARY：概述模块，文件所占ro代码大小、rw数据大小

f、ENTRY LIST：入口列表，包含函数、变量等入口地址

h、最后就是程序所占用的code、RO-data、RW-data

 

 

 

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