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: Flash#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。 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。* d- A5 U# M5 I7 M' R3 E " w* M3 V8 D. o$ E( Q3 N; Z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: 9 e9 D( Y/ ^- C: u8 a 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#
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:
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CodeRO DataRW DataZI DataExecutable CodeRead Only Datadatabss- ]! W' O4 J" E5 z 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。 |
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