STM32堆棧分析

1、三、STM32STM32 堆棧區(qū)預(yù)備知識：一個(gè)由C/C+編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分：棧區(qū)(stack)：編譯器自動分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。堆區(qū)(heap)：一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束日可能由OS回收。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式倒是類似于鏈表。全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(static)：全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。文字常量區(qū)一常量字符串就是放在這里的。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放程序代碼區(qū)一存放

2、函數(shù)體的二進(jìn)制代碼編譯后，各個(gè)區(qū)存儲內(nèi)容舉例說明如下：/main.cppinta=0;全局初始化區(qū)char*p1;全局未初始化區(qū)main()intb;棧chars=abc;棧char*p2;棧char*p3=123456”；1234560在常量區(qū)，p3在棧上staticintc=0;全局(靜態(tài))初始化區(qū)p1=(char*)malloc(10);p2=(char*)malloc(20);分配得來得 1010 和 2020 字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。strcpy(p1,123456”);1234560放在常量區(qū)，編譯器可能會將它與p3所指向的123456優(yōu)化成一個(gè)地方。)STM32的分區(qū)STM32的分區(qū)

3、從0 x20000000(0 x20000000是SRAM的起始地址，由此可知，堆棧等都是在RAM中的)開始。靜態(tài)區(qū)，堆，棧。所有的全局變量，包括靜態(tài)變量之類的，全部存儲在靜態(tài)存儲區(qū)。緊跟靜態(tài)存儲區(qū)之后的，是堆區(qū)(如沒用到malloc,則沒有該區(qū))，之后是棧區(qū)，棧在程序中存儲局部變量。先看啟動文件startup_stm32f10 x_md.s的定義：;Amountofmemory(inbytes)allocatedforStack;Tailorthisvaluetoyourapplicationneeds;StackConfiguration;StackSize(inBytes);Stack_

4、SizeEQU0 x00000400AREASTACK,NOINIT,READWRITE,ALIGN=3Stack_MemSPACEStack_Size_initial_sp;HeapConfiguration;HeapSize(inBytes);Heap_SizeEQU0 x00000200AREAHEAP,NOINIT,READWRITE,ALIGN=3_heap_baseHeap_MemSPACEHeap_Size_heap_limit這里定義了堆棧各自大小，堆：512bytes512bytes 棧 1k;1k;所以棧區(qū)大小有限制，我們在局部變量中不要定義大數(shù)組否則容易溢出。再看下cod

5、erorwziCode指存儲到flash【Rom】中的程序代碼。ZI英語是zeroinitial,就是程序中用到的變量并且被系統(tǒng)初始化為 0 0 的變量的字節(jié)數(shù)，keil編譯器默認(rèn)是把你沒有初始化的變量都賦值一個(gè) 0,0,這些變量在程序運(yùn)行時(shí)是保存在RAMRAM 中的。RW是可讀可寫變量，就是初始化時(shí)候就已經(jīng)賦值了的，RW+ZI就是你的程序總共使用的 RAMRAM 字節(jié)數(shù)。RO是程序中的指令和常量，這些值是被保存到 RomRom 中的。TotalROMSize(Code+ROData+RWData)這樣所寫的程序占用的ROM的字節(jié)總數(shù)，也就是說程序所下載到ROMflash中的大小。為什么Rom

6、中還要存RW,因?yàn)榈綦姾驲AM中所有數(shù)據(jù)都丟失了，每次上電 RAMRAM 中的數(shù)據(jù)是被重新賦值的，每次這些固定的值就是存儲在 RomRom 中的，為什么不包含ZI段呢，是因?yàn)閆I數(shù)據(jù)都是0,沒必要包含，只要程序運(yùn)行之前將ZI數(shù)據(jù)所在的區(qū)域一律清零即可。包含進(jìn)去反而浪費(fèi)存儲空間。實(shí)際上，ROM中的指令至少應(yīng)該有這樣的功能：1 .將RW從ROM中搬到RAM中，因?yàn)镽W是變量，變量不能存在ROM中。2.將ZI所在的RAM區(qū)域全部清零，因?yàn)閆I區(qū)域并不在Image中，所以需要程序根據(jù)編譯器給出的ZI地址及大小來將相應(yīng)得RAM區(qū)域清零。ZI中也是變量，同理：變量不能存在ROM中。1,1,首先來看：棧(S

7、TACK)(STACK)的問題. .函數(shù)的局部變量，都是存放在“棧”里面，棧的英文是：STACKoSTACK的大小，我們可以在stm32的啟動文件里面設(shè)置，在startup_stm32f10 x_hd.s里面，開頭就有：Stack_SizeEQU0 x00000800表示棧大小是0X800,也就是2048字節(jié)，這樣，CPU處理任務(wù)的時(shí)候，函數(shù)局部變量過多可占用的大小就是：2048字節(jié)。注意：是所有在處理的函數(shù)，包括函數(shù)嵌套，遞歸，等等，都是從這個(gè)“?！崩锩?，來分配的。HcifftAT甘ilp白一電B B0 012123 345 i iY YfuRLfuRL他的鼠誨用叩JaEUBIEFdBJaE

8、UBIEFdBl lUKLUUIWIWOxFQOxFQgHQ(hrkgHQ(hrk口的心口03200001400320000140OiMOMOftOOiMOMOftO i?ni?nomnwomnw：OaQOOOOOCWUxJOaQOOOOOCWUxJUOLlOOllUUOLlOOllUUzWUWJUUUOxIXUzWUWJUUUOxIXiQOOOOUnjABnoiQOOOOUnjABnojnraCsOOODOOOjnraCsOOODOOOQ QOiMOftOlOiMOftOl？C C60120000006012000000ILR)UaW0WC5ILR)UaW0WC5J J,-,-：41J_BI

9、4II-ai41MdlJILS4IJ.=41J_BI4II-ai41MdlJILS4IJ.=孫J.OI880002-4OxZJUJ.OI880002-4OxZJUWUWWUWo o富kincnkincn96fl96fl-ML.83830 02 22323it滄dwrarsy?addx)siazk_diL=):為AdizrarsyK地士大干柒els#stscir_dir=0.二次duiw(yi?)她IE不平第1/哀歌CPU大，川陽8日“霜昊保存在邛jmixkE固Voi.dfLnjd&cpu_-ndiBJH(va；d)(intK=1if(.*-t亡k.t,)由學(xué)回呈I)cui_Efid.i

10、nJk-C1./，1。咻愧式c13bcuucndi必=1;/jrXi桎式4-4-9L9LThr+NPrivalgcd.HSFfiMn nnflriGnflriGn n陸n nintn.ai3i(9600);dr1ny_lmt(7S、絕吁。/“始化與LED叵度在謖斗陵口prntfCst皿一次:網(wǎng)51口1thitwck-dii：priTitf(cpu_endLan;#zcntfccpuendian):finiLrtwfc.dirfiniLrtwfc.dir ctiflnctifln( () )：笆步程性亡方式find_rpu.endifind_rpu.endianan：9I9?9I9?printf

11、CUEprintfCUE 加茹瞿式 1 1小 ddde：!ns150J):LEDO=ILEIO所以，如果一個(gè)函數(shù)的局部變量過多，比如在函數(shù)里面定義一個(gè)u8buf512,這一下就占了1/4的棧大小了，再在其他函數(shù)里面來搞兩下，程序崩潰是很容易的事情，這時(shí)候，一般你會進(jìn)入到hardfault.這是初學(xué)者非常容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤.切記不要在函數(shù)里面放N N多局部變量，尤其有大數(shù)組的時(shí)候！對于棧區(qū)，一般棧頂，也就是MSP,MSP,在程序剛運(yùn)行的時(shí)候，指向程序所占用內(nèi)存的最高地址。比如附件里面的這個(gè)程序序，內(nèi)存占用如下圖：圖中，我們可以看到，程序總共占用內(nèi)存：20+2348字節(jié)=2368=0X940那么程序

12、剛開始運(yùn)行的時(shí)候：MSP=0X20000000+0X940=0X2000MSP=0X20000000+0X940=0X200009400940事實(shí)上，也是如此，如圖：圖CdfktcjimpnfRandktfinEqlArlEini#r*nCdfktcjimpnfRandktfinEqlArlEini#r*ni i莫而買嗓4 4出U U實(shí)驗(yàn)U U網(wǎng)Rk-fitJlYprnjRk-fitJlYprnj-附44加4 4EiLc=?is;iF;月巨口耳FcxithsEL:V二三M】/x0d/F.r.:?=/i：4 4:1二匕LE，It彈叵。()中忤KJ0|口除囿=1 1的慘習(xí)言，手；|*K*T國tet

13、e司崗,n:圖中，MSP就是：0X20000940,程序運(yùn)行后，MSP就是從這個(gè)地址開始，往下給函數(shù)的局部變量分配地b bs址。再說說棧的增長方向，我們可以用如下代碼測試：保存棧增長方向Z/0,向下增長；1,向上增長staticu8stack_dir;查找棧增長方向，結(jié)果保存在stack_dir里面voidfind_stack_direction(void)staticu8*addr=NULL;用于存放第一個(gè)dummy的地址u8dummy;用于獲取棧地址if(addr=NULL)第一次進(jìn)入addr=&dummy;保存dummy的地址find_stack_direction();遞歸el

14、se第二次進(jìn)入if(&dummyaddr)stack_dir=1;/第二次dummy的地址大于第一次dummy,那么說明棧增長方向是向上的.elsestack_dir=0;第二次dummy的地址小于第一次dummy,那么說明棧增長方向是向下的這個(gè)代碼不是我寫的，網(wǎng)上抄來的，思路很巧妙，利用遞歸，判斷兩次分配給dummy的地址，來比較棧是向下生長，還是向上生長。如果你在STM32測試這個(gè)函數(shù)，你會發(fā)現(xiàn)，STM32STM32的棧，是向下生長的。事實(shí)上，一般CPUCPU的棧增長方向，都是向下的。2,2,再來說說，堆(HEAP)(HEAP)的問題. .全局變量，靜態(tài)變量，以及內(nèi)存管理所用的內(nèi)存

15、，都是屬于“堆區(qū)”，英文名：“HEAP”，與棧區(qū)不同，堆區(qū)，則從內(nèi)存區(qū)域的起始地址開始分配給各個(gè)全局變量和靜態(tài)變量。堆的生長方向，都是向上的。在程序里面，所有的內(nèi)存分為：堆+棧，只是他們各自的起始地址和增長方向不同，他們沒有一個(gè)固定的界限，所以一旦堆棧沖突，系統(tǒng)就到了崩潰的時(shí)候了。同樣，我們用附件里面的例程測試：dminidratorVSdminidratorVS；filfil實(shí)暨d d星口實(shí)號:U:U EMt&st.uvprojVicicMEMt&st.uvprojVicicM=hFe：ii：:her.ElE二二dm二三受二匚金第:三己二二力a a：_3ind_Ey_3ind

16、_Ey 閽n n畫8 8. .中|回凰用國囤國乖3 3寸|sasa/*/*stack_dir的地址是0X20000004,也就是STM32的內(nèi)存起始端的地址。這里本來應(yīng)該是從0X20000000開始分配的，但是，我仿真發(fā)現(xiàn)0X20000000總是存放：0X20000398,這個(gè)值，貌似是MSP,但是又不變化，還請高手幫忙解釋下。其他的，全局變量，則依次遞增，地址肯定大于0X20000004,比如cpu_endian的地址就是0X20000005。這就是STM32內(nèi)部堆的分配規(guī)則.3,3,再說說，大小端的問題. .大端模式：低位字節(jié)存在高地址上，高位字節(jié)存在低地址上小端模式：高位字節(jié)存在高地址上

17、，低位字節(jié)存在低地址上STM32屬于小端模式，簡單的說，比如u32temp=0X12345678;假設(shè)temp地址在0X20000010.那么在內(nèi)存里面，存放就變成了：地址|HEX|0X20000010|78564312|CPU到底是大端還是小端，可以通過如下代碼測試/CPU大小端/0，小端模式；1,大端模式.staticu8cpuendian;/獲取CPU大小端模式，結(jié)果保存在cpu_endian里面voidfind_cpu_endian(void)(I23d-E678GO1234FI23d-E678GO1234F6706709 90 0# #includeinclude”三產(chǎn)不，hh3 3

18、LPclicliideidensart.nnsart.nP PfineIntie,dtlfineIntie,dtlw*w*h hf flincludfllincludfl*Ld.n*Ld.n includeincludebsji.hbsji.h星 LMluLMlu 加%A/iLIEA/iLIE 口托爆艦 TN*TN*并叁根賣臉 d d7 7 吊存柱.增蛆方向“Q,Q,向下墻 M:l.M:l.向上:酢=?taticuSstacle:_dii,；/CPUCPU 大小瑞號 2 2 個(gè)端根式上大端噴式.Tiitirijflujnj_*=T曰i*n；V V 查尼榭魯長方向,潴果保存在 0nH0nH 里置

19、IIIkZT.nhIcZ=cakZillkZT.nhIcZ=cakZill 曰 Huuk 二二 n 匚 3rcnkcz3rcnkczAodAod s:s:lacrlacr0 x20000004:0 x20000004:d二口5;:HOK：X207：-x?-：j=.4：-iisilatisr:intx=1;if(*(char*)&x=1)cpu_endian=0;小端模式elsecpu_endian=1;大端模式以上測試在STM32上，你會得到cpu_endian=0,也就是小端模式.3,3,最后說說,STM32,STM32內(nèi)存的問題. .還是以附件工程為例，在前面第一個(gè)圖，程序總共占用

20、內(nèi)存：20+2348字節(jié)，這么多內(nèi)存，到底是怎么得來的呢？我們可以雙擊Project側(cè)邊欄的：Targt1,會彈出test.map在這個(gè)里面，我們就可以清楚的知道這些內(nèi)存到底是怎么來的了.在這個(gè)test.map最后，Image部分有：ImagecomponentsizesCode(inc.data)RODataRWDataZIDataDebugObjectNamelay.o/delay.c里面,facus和facms,共占用4字節(jié)11212000427led.o722630402048828startup_stm32f10 x_hd.o啟動文件，里面定義了Stack_

21、Size為0X800,所以這里是2048.712520002715sys.o348154060208720test.o/test.c里面,stackdir和cpuendian以及*addr,占用6字節(jié).38424082003050usart.o/usart.c定義了一個(gè)串口接收數(shù)組buffer,占用200字節(jié)1800278336202248216735ObjectTotals總共2248+20字節(jié)0032000(incl.Generated)000200(incl.Padding)/2字節(jié)用于對其Code(inc.data)RODataRWDataZIDataDebugLibraryMembe

22、rName8000068main.o104000084_printf.o5280000scatter.o2600000_scatter_copy.o2800000scatterzi.o48600096printfcharcommon.o36400080printfcharfile.o924400088printfhexint.o184000088printfintcommon.o0printfpercent.o600000_printf_x.o12000072exit.o8000068ferror.o60000152heapauxi.o200000libinit.o200000libinit2.o200000libshutdown.o200000libshutdown2.o400000printfpercentend.o9668libspace.o庫文件(printf使用),占用了96字節(jié)2484noretval2printf.o0rtentry.o