STM32深入系列01——内存简述（Flash和SRAM）

====>>> 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。

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。

以最最最常见的STM32F103C8T6为例：

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。
   
   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。
   

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。

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。
   
   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。
   
   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。