STM32深入系列01——Flash和SRAM内存详解

文章目录

  • 1. STM32内存简述
  • 1.1. STM32寻址范围
  • 1.2. 存储器功能划分
  • 2. SRAM、ROM位置
  • 3. 程序占用内存大小
  • 3.1. 查看程序大小
  • 3.2. 占用内存分析
  • 4. text、data、bss
  • ====>>> 文章汇总(有代码汇总) <<<====

    最近学到了 内存池、IAP 相关的知识,虽然明白大致的过程,但是对于具体的很多数字还是有些似懂非懂,因此又回来稍微细致的总结一下,方便理解。

    1. STM32内存简述

    1.1. STM32寻址范围

    1. STM32是一个32位的单片机,因此,它有32根地址线,每个地址线有两种状态:导通 或 不导通。
    2. 单片机内存的地址访问存储单元是按照字节编址的。

    按照字节编址,也就是说,访问一个地址上存储的数据,得到的是一个字节的数据。

    根据上述两条,可以得出结论:

    1. STM32的寻址(内存)大小为:2^32(字节) = 4G(字节)
    2. STM32的寻址范围为:0X0000 0000 ~ 0XFFFF FFFF

    1.2. 存储器功能划分

    上述存储地址被分为了8个块(目前我用到的芯片F1、F4、L4的都是,其他的没用过不确定)。
    如下表所示:

    存储块 功能 地址范围
    Block0 Code(Flash) 0x0000 0000 ~ 0X1FFF FFFF(512M)
    Block1 SRAM 0x2000 0000 ~ 0X3FFF FFFF(512M)
    Block2 片上外设 0x4000 0000 ~ 0X5FFF FFFF(512M)
    Block3 FSMC BanK1&2 0x6000 0000 ~ 0X7FFF FFFF(512M)
    Block4 FSMC BanK3&4 0x8000 0000 ~ 0X9FFF FFFF(512M)
    Block5 FSMC寄存器 0xA000 0000 ~ 0XBFFF FFFF(512M)
    Block6 没用到 0xC000 0000 ~ 0XDFFF FFFF(512M)
    Block7 Cotrx M3内部外设 0xE000 0000 ~ 0XFFFF FFFF(512M)

    比如,这里打开STM32L475的芯片手册上可以看到,从0X0000 0000 ~ 0XFFFF FFFF被分成了八份,也就是八个块。

    不同芯片在整体的划分上都差不多,但是在实际的划分细节(大小)上会有差异。

    请添加图片描述

    2. SRAM、ROM位置

    简单说:

  • RAM:读写速度快、掉电数据丢失;类比于电脑内存的作用。
  • ROM:读写速度相对慢、掉电数据仍在;类比于电脑硬盘的作用。
  • 其中对于STM32而言,SRAM就是内存;Flash就是硬盘
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    以最最最常见的STM32F103C8T6为例:
    请添加图片描述
    它有64K字节的Flash、20K字节的RAM。

    使用CubeMX对该芯片创建一个工程,然后点击魔术棒可以看到:

    1. 它的内置ROM起始地址为0X0800 0000,大小为0X10000,也就是FLASH的大小为:0X10000个字节 = 65536个字节 = 64k个字节 = 64kBytes。
    2. 它的内置RAM起始地址为0X2000 0000,大小为0X5000,也就是RAM的大小为:0X5000个字节 = 20480个字节 = 20k个字节 = 20kBytes。
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      对比一下芯片的数据手册:可以看到,其中FLASH位于第一块(索引0)的中间区域,RAM位于第二块(索引1)的开头。
      请添加图片描述

    如果在KEIL软件中使用STLINK下载代码,就会发现代码是从0X0800 0000处开始保存的。

    但是对于部分芯片来讲,其不止有一块RAM,比如STM32L475VET6,它有512K字节的Flash、128K字节的RAM。
    请添加图片描述
    同样的使用CubeMX对该芯片创建一个工程,然后点击魔术棒:

    1. 它的内置ROM起始地址为0X0800 0000,大小为0X80000,也就是FLASH的大小为:0X80000个字节 = 524288个字节 = 512k个字节 = 512kBytes。
    2. 它的内置RAM分为两块,第一块起始地址为0X2000 0000,大小为0X18000;第二块起始地址为0X1000 000,大小为0X8000,也就是RAM的大小为:0X18000+0X8000个字节 = 0X20000个字节 = 131072个字节 = 128k个字节 = 128kBytes。
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      同样对比一下芯片的数据手册:可以看到,其中FLASH位于第一块(索引0)的中间区域,RAM1位于第二块(索引1)的开头,RAM2位于第一块(索引0)的中间区域。
      请添加图片描述
      通过对比两个芯片的内存分布,可以看到,不同芯片的分布是有点差别的。

    了解这部分的内容主要是因为:在使用内存池的时候,要知道内存池到底是怎么划分的,可以划分几个内存池,每个内存池的大小最大可以划分多大,都要参考这部分的内容。

    3. 程序占用内存大小

    3.1. 查看程序大小

    使用 CubeMX 创建一个 stm32 工程,创建完成后什么也不写,直接使用 Keil 对编写的程序进行编译,编译完成之后,软件最下方会提示编写的程序所占空间的大小。


    也可以在工程目录中保存编译结果的文件夹中找到.map文件,在文件最下方查看更详细的信息。

    3.2. 占用内存分析

    数据类型解释:

  • Code:代码,也就是编译之后产生的机器指令。
  • RO_data:Read Only data,只读数据域,指程序中用到的只读数据,这些数据被存储在ROM区,因而程序不能修改其内容。C语言中const关键字定义的变量就是典型的RO-data。这部分在程序运行过程中不能被更改,因此在运行时只需要来读取即可,无需占用 RAM 空间。
  • RW_data:Read Write data,可读写数据域,指初始化为“非0值”的可读写数据,程序刚运行时,这些数据具有非0的初始值,且运行的时候它们会常驻在RAM区,因而应用程序可以修改其内容。C语言中定义的全局变量,且定义时赋予“非0值”给该变量进行初始化。
  • ZI_data:Zero Initialie data,即0初始化数据,它指初始化为“0值”的可读写数据域。它与RW-data的区别是程序刚运行时这些数据初始值全都为 0,而后续运行过程与RW-data的性质一样,它们也常驻在RAM区,因而应用程序可以更改其内容。例如C语言中使用定义的全局变量,且定义时赋予“ 0 值”给该变量进行初始化(若定义该变量时没有赋予初始值,编译器会把它当ZI-data来对待,初始化为 0);
  • 再补充一个

  • ZI-data 的栈空间(Stack)及堆空间(Heap):在C语言中,函数内部定义的局部变量属于栈空间,进入函数的时候会向栈空间申请内存给局部变量,退出时释放局部变量,归还内存空间。而使用malloc动态分配的变量属于堆空间。在程序中的栈空间和堆空间都是属于ZI-data区域的,这些空间都会被初始值化为0值。编译器给出的ZI-data占用的空间值中包含了堆栈的大小(经实际测试,若程序中完全没有使用malloc动态申请堆空间,编译器会优化,不把堆空间计算在内)。
  • 上述四种类型的数据占用内存情况如下:

    1. 在程序烧录完成之后如左图所示。Code + RO_data + RW_data(RO + RW)三种类型需要占用 Flash 空间。RAM不需要用到。
    2. 在程序运行时的情况如右图所示。Flash 的空间未发生变化;对于RAM的空间,程序启动时首先需要把 Flash 中的 RW_data(RW)复制到 RAM 中,然后把 ZI_data 加载到 RAM中。


    对应到具体的内存上,结合启动流程如下图所示。

    结论,想要让一个程序正常运行。

  • 芯片的 Flash 大小 要大于 Code + RO-data + RW-data 的大小;
  • 芯片的 RAM 大小 要大于 RW-data + ZI_data 的大小。
  • 4. text、data、bss

    上面分析了程序占用的 ROM 和 RAM 大小。然后分析一下数据或变量的存储位置。

    图片来源:https://blog.csdn.net/wangguchao/article/details/119776738

    程序编译后的内容包括:代码段(text)、数据段(data)、bss段、堆栈段(head stack) 。
    其中:

  • text 段:存放代码程序的可执行指令
  • data 段:存放已被初始化的 全局变量 和 常量
  • bss 段:存放未被初始化的 全局变量
  • 来自嵌入式软件工程师试题答案。

    有时间了来补个案例。

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