【嵌入式】堆栈与单片机内存

堆栈

在片内RAM中，常常要指定一个专门的区域来存放某些特别的数据
它遵循顺序存取和后进先出(LIFO/FILO)的原则，这个RAM区叫堆栈。

其实堆栈就是单片机中的一些存储单元，这些存储单元被指定保存一些特殊信息，比如地址（保护断点）和数据（保护现场）。

堆栈特点

1、这些存储单元中的内容都是程序执行过程中被中断打断时，事故现场的一些相关参数。如果不保存这些参数，单片机执行完中断函数后就无法回到主程序继续执行了。

2、这些存储单元的地址被记在了一个叫做堆栈指针（SP）的地方。
3、栈是从高到低分配，堆是从低到高分配。

堆栈分类

我们一般说的堆栈指的栈。堆栈又分硬堆栈和软堆栈，硬堆栈即SP，从片内RAM的顶部向下生长。软堆栈在硬堆栈跟全局变量区之间的空间，C51函数调用通过R0-R7和栈来实现。

堆栈作用

1)子程序调用和中断服务时CPU自动将当前PC值压栈保存，返回时自
动将PC值弹栈。
2)保护现场/恢复现场
3)数据传输

单片机内存

程序内存可以分为几个区，栈区（stack），堆区（Heap），全局区（static），文字常亮区，程序代码区。

//main.cpp
int a = 0; //全局初始化区
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
main() {
    int b; //栈
    char s[] = "abc"; //栈
    char *p2; //栈
    char *p3 = "123456"; //123456\0在常量区，p3在栈上。
    static int c = 0; //全局（静态）初始化区
    p1 = (char *)malloc(10);
    p2 = (char *)malloc(20);
    //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
    strcpy(p1, "123456"); //123456\0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}

和栈的第一个区别就是申请方式不同：栈（英文名称是stack）是系统自动分配空间的，例如我们定义一个 char a；系统会自动在栈上为其开辟空间。而堆（英文名称是heap）则是程序员根据需要自己申请的空间，例如malloc（10）；开辟十个字节的空间。由于栈上的空间是自动分配自动回收的，所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中，运行后就释放掉，不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间，就一直可以访问到，不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。

STM32

在MDK编译环境下，可在map文件的"Memory Map of the image"–>"Execution Region RW_IRAM1"内容中查看程序的RAM占用及分配情况，如下:

STM32程序数据分类

Code：程序代码
RO-data：const常量和指令
RW-data：初始化值不为0的全局变量
ZI-data：未初始化的全局变量 或 初始化值为0的全局变量

RO Size = Code + RO Data 表示程序运行时占用的FLASH大小
RW Size = RW Data + ZI Data 表示占用RAM大小
ROM Size = Code + RO Data + RW Data 表示烧写程序后占用的FLASH大小

STM32内存(RAM)分配

一个由C/C ++编译的程序占用的内存可分为以下几个部分：

栈（stack）：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。
堆（heap）：存放程序运行中被动态分配的内存，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回收。
bss段：通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域，存放ZI-data数据
data段：通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域，存放RW-data数据

FLASH占用大致以下两个部分：

文字常量区（const） ：常量字符串就是放在这里的。
程序代码区 （code）： 存放函数体的二进制代码

STM32堆栈位置

STM32的堆栈就是存放在片上静态SRAM中的.

地址分配可以见Keil的编译map文件的"Memory Map of the image"
可见堆的地址为0x20000a08，大小为0x200，栈的地址为 0x20000c08，大小为0x400，可推算栈顶地址为：0x20000c08 + 0x400 = 0x20001008。而程序在刚运行的时候，主堆栈指针MSP指向的是程序所占用内存的最高地址,也就是栈的栈顶地址MSP,也就是中断向量表前四个字节存储的值。