嵌入式软件面试之程序在存储器中的分布

Hi, 大家好，今天阿目分享的是一个嵌入式软件面试的常见问题，内存分布或者说程序在内存中的布局，我们写的程序是按照怎么的准则放在内存中的？

一般有操作系统的嵌入式设备，都会有一个Bootloader, 它负责在上电后初始化外设和系统配置，并把操作系统的代码从硬盘搬运到内存上，然后跳到操作系统的入口函数开始执行。因此，这种设计架构就会把程序放在内存，那么是遵循怎样的原则呢？相信大家一定看到过这样的内存分布图：

其中常见的各个段的解析：

1. 栈区（stack）：
   用来存储函数调用时的临时信息的结构，存放为运行时函数分配的局部变量、函数参数、返回数据、返回地址等。

2. 堆区（heap）：
   一般由程序员分配、和释放，用来存储程序运行时分配的变量。

3. 全局区（静态区static）：
   存放全局变量、静态数据。程序结束后由系统释放。全局区分为已初始化全局区（data）和未初始化全局区（bss）。

4. 代码区(.text)：
   存放函数体（类成员函数、静态函数和全局函数）的二进制代码。

5. 内核区

   用于有操作系统的设计，用于存放操作系统代码，并会受到访问保护

需要注意的是上图中的分区，并不是固定的，也就是说每个软件设计者都可以灵活的安排这些区域的地址范围。这些都是在编译的链接脚本中可以指定地址范围的。

下面阿目还是以STM32的keil工程为例，为大家介绍，STM32工程配置的内存分布，该工程是基于STM32F103芯片，且不带操作系统。所以分区中就不需要考虑操作系统的部分了，那么具体有哪些分区呢？我们可以通过编译的map文件查看：

上图就是map文件中的关于编译后的程序的地址分配信息，可以看到从1331行开始列出了地址信息，它属于哪个段呢？可以看关键字“Type”一列写的“Data”且属性列写的RO(read only的意思)，所以0x0800_0000地址处放的就是一个只读变量，属于.data段；1332行“Type”一列写的“Code”，就是代码段(.text)的内容，它的地址是0x0800_00ec，其他行以此类推。

这里需要注意的是，STM32单片机运行时，代码段(.text)并不是在内存中的(启动模式设置为从Flash启动的情况)，不像上面说的有些带有操作系统的设计方式，直接把所有代码放在内存中（因为一般这种设备内存会比较大），但是单片机芯片一般内存都比较小且执行效率要求没有那么高，所以为了节省成本会把程序放在Flash中，在执行过程中从Flash中取指令执行，所以这里的地址是从0x0800_0000开始的。

如果Flash的大小是10KB,那么这里代码段的地址空间可以理解为0x0800_0000~0x0800_2800, 一般不会把Flash空间全部当作用户的代码存放空间，因为芯片厂商一般会保存自家芯片的一些参数到Flash中，所以会占用一些空间。

上面就是需要放在RAM中的.data段了，上期也有讲到，.data段在没有启动时是放在Flash中保存的，在启动后，将他们搬运到ram中，所以这里map文件列出了两个地址一个是 Exec Addr（执行地址）， 一个是Load Addr（加载地址）， 执行地址就是RAM的地址，加载地址就是这个变量存放在Flash中的地址。

1426行的一个数据它在RAM中的地址就是0x2000_0000，RW表示可读可写；1437行写出了STACK（栈空间）的地址，0x2000_0058，大小是0x400，也就是1KB，即stack空间的地址范围为：0x2000_0058 ~0x2000_0457。

这里的.data段的空间其实并没有明确规定，它只是在编译时由编译器安排的，程序中有几个全局变量或者静态变量就安排几个地址，并没有指定这个空间的结束地址。

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