MCU存储空间布局详解

mcu的存储模块

mcu的存储空间就两个模块：1. rom； 2. ram；

'rom' 的作用主要就是存储code和一些不需更改的常量，**掉电不丢失**。而 'ram' 则是用于存储运行code的中间变量，**掉电丢失**。'rom' 'ram' 打引号是因为，目前因为更新换代，它们已经不是严格意义上的rom和ram了。而是用于表示其掉电不丢失，和掉电丢失的特性。

存储空间布局示例（以 ARM Cortex-M 为例）

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|      ROM (Flash)     |
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| 中断向量表          | <- 0x0000_0000
| 代码区（.text）     |
| 常量区（.rodata）   |
| 初始化数据（.data） | -> 运行时拷贝到 RAM
+---------------------+
|      RAM             |
+---------------------+
| 已初始化数据（.data）| <- 拷贝自 ROM
| BSS 段（.bss）      | <- 未初始化变量（清零）
| 堆（Heap）           | -> 向高地址增长
| ...（空闲内存）      |
| 栈（Stack）          | <- 向低地址增长
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| 特殊功能寄存器（SFR）| <- 固定地址（如 0x4000_0000）
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rom（只读存储器）

作用：存储 不可变数据，掉电后数据保留。

具体分区：

代码区（Text/Code Segment）：

存放编译后的机器代码（函数、指令）。

通常位于 Flash 或 ROM 的起始地址。

常量区（Constant Data）：

存储 const 修饰的全局或静态常量（如 const int a = 10;）。

部分 MCU 会将常量直接嵌入代码区。

初始化数据区（Initialized Data）：

存储全局变量和静态变量的初始值（如 int global_var = 100;）。

注意：这些变量的初始值存储在 ROM 中，但运行时会被拷贝到 RAM 的对应区域。

ram（随机存取存储器）

作用：存储 可变数据，掉电后数据丢失。

根据变量的存储周期分为静态区和动态区，1.静态区的变量在程序初始化被创建，且不会被中途释放，随着程序存在。2.动态区的变量会随着程序的运行被创建或者释放。具体分区，：

静态区（Static Storage）

BSS段（.bss）：

存储类型：全局变量和静态变量（包括 static 修饰的局部变量）。

生命周期：从程序启动到结束。

注意：初始化后的该变量区域，通常会被起始文件清零，以保证变量的默认值为0。

已初始化数据（.data）：

存储类型：全局变量和静态变量（包括 static 修饰的局部变量）。

生命周期：从程序启动到结束。

注意：初始化后的变量初始值从 rom 拷贝到 ram的该区域。

动态区（Dynamic Storage）：

堆（Heap）：

存储类型：用于动态内存分配（如 malloc、new）。

手动管理：需开发者分配和释放，否则可能导致内存泄漏。

生长方向：通常向高地址扩展（与栈相反）。

栈（Stack）：

存储类型：用于存储函数调用时的局部变量、参数、返回地址等。

自动管理：由编译器自动分配和释放。

生长方向：通常向低地址扩展（与堆相反）。

其他特殊区域：

特殊功能寄存器（SFR）：用于控制外设（如 GPIO、定时器）的寄存器，位于固定 RAM 地址。

保留区域（Reserved）：MCU 厂商预留的 RAM 空间（如 Bootloader 专用）。

注意

ROM 中的“初始化数据”：
初始化全局变量的初始值存储在 ROM 中，程序启动时会被拷贝到 RAM 的静态区。例如：
```
int initialized_var = 100; // 初始值 100 存储在 ROM，运行时拷贝到 RAM
```
堆和栈的动态性：
堆和栈的分配是动态的，但 栈空间通常由编译器预先分配固定大小（如通过链接脚本指定），而非运行时动态扩展。
堆的碎片化问题：频繁的 malloc/free 可能导致内存碎片，需谨慎使用。
未初始化的静态区（BSS 段）：
未初始化的全局变量和静态变量（如 int uninit_var;）默认值为 0，存储在 RAM 的 BSS 段（Block Started by Symbol）。
程序启动时，BSS 段会被清零（通常由启动代码完成）。
代码区的特殊内容：
中断向量表：通常位于 ROM 的起始位置，存储中断服务程序（ISR）的入口地址。
启动代码（Startup Code）：负责初始化 RAM（拷贝初始化数据、清零 BSS 段）、设置堆栈指针等。
存储映射的硬件特性：
哈佛架构 vs 冯·诺依曼架构：
哈佛架构（如多数 MCU）：代码（ROM）和数据（RAM）使用独立总线，可并行访问。
冯·诺依曼架构：代码和数据共享总线，效率较低。