STM32内存知识

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

《STM32内存知识》

二、MDK下生成.map文件

  1. 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。
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  2. 打开.map文件
    《STM32内存知识》

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:
《STM32内存知识》

当然每次编译完成后也可以看到统计信息,如下图所示:
《STM32内存知识》

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内存知识》
《STM32内存知识》

  • 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。
    《STM32内存知识》

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:
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  • 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:
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五、.map文件

  1. 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
    
    
    ==============================================================================
    
    

    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

  2. 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:
    《STM32内存知识》

    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:
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  3. 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)
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    • 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)
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    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:
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  4. 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。
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  5. 组件大小
    《STM32内存知识》

  6. 映像的真实大小
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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)

  1. 栈的最大深度,调用路劲是main ⇒ LED_GPIO_Config ⇒ GPIO_Init
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  2. 递归调用函数
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  3. 函数指针
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  4. 全局标号
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    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
    《STM32内存知识》

    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
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参考文献

stm32的内存分布:https://blog.csdn.net/BooleanWater/article/details/119278723

STM32单片机的内存分布详解(1):https://www.bilibili.com/read/cv13912565

STM32内存知识你真的了解吗?:https://blog.csdn.net/qq_49864684/article/details/119887704

MDK生成的map和htm文件分析:https://www.bilibili.com/video/BV1t3411C7Pu/?spm_id_from=autoNext

    原文作者:浇筑菜鸟
    原文地址: https://www.cnblogs.com/jzcn/p/16360728.html
    本文转自网络文章,转载此文章仅为分享知识,如有侵权,请联系博主进行删除。
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