微控制器（MCU）如何运行存储在Flash的程序？？？

                忙，太忙了！！！忙完就好了。MCU运行不也就如此？在微控制器单元（MCU）中，我们所编写的程序时通常是存储在闪存（Flash）中。当MCU启动时，它会从闪存中读取程序代码，并将其加载到RAM中执行。

                相信基于以上，大家会有几个疑问：

                1、既然程序在RAM中运行，那为什么要存储在Flash？为什么不存储在RAM？

                2、如果存储在Flash的程序大小比RAM大小还要大，那又如何处理？

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目录

1、程序为什么要存储在Flash？

2、程序为什么不存储在RAM？

3、存储在Flash的程序比RAM大时如何执行程序？

4、如果程序确实超过了RAM的限制，会发生什么？

4.1、性能下降

4.2、内存不足错误

4.3、功能限制

5、微控制器（MCU）运行存储在Flash中的程序时通常有哪些步骤？

5.1、启动和引导

5.2、程序加载

5.3、按需读取

5.4、缓存机制

5.5、分支和跳转

5.6、动态搬运

5.7、循环和重复

5.8、注意事项

6、总结

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1、程序为什么要存储在Flash？

        解：闪存（Flash）是一种非易失性存储介质，可以确保断电后，存储在其中的数据不会由于断电而丢失，且内存相较于RAM来说大得多，因此闪存（Flash）适合用例存储程序代码。

2、程序为什么不存储在RAM？

        解：随机存取存储器（RAM）是一种易失性存储介质，在断电后存储在其中得数据就会丢失，但其读写速度相较于闪存（Flash）来说更快，适合用来数据存储和处理。所以不适合用来永久存储程序；而适合来执行程序。

3、存储在Flash的程序比RAM大时如何执行程序？

        解：众所周知，Flash大小往往是RAM的几倍甚至十几倍，那么如果存储在Flash的程序比RAM本身还大时，MCU又当如何运行程序？，大家要相信，我们能想到的前人大多都考虑到了。微控制器（MCU）通常会采用分页或分段技术管理相关内存。

4、如果程序确实超过了RAM的限制，会发生什么？

4.1、性能下降

        程序在Flash与RAM中频繁交换代码段；

4.2、内存不足错误

        如果程序尝试访问的代码或数据不在RAM中，可能就会引发内存不足的错误；

4.3、功能限制

        由于RAM空间的限制，实际代码中不得不较少程序的部分功能。

5、微控制器（MCU）运行存储在Flash中的程序时通常有哪些步骤？

5.1、启动和引导

        当MCU上电或复位时，它会从预定义的地址开始执行代码，这个代码一般是引导加载程序（Bootload）的起始地址。引导加载程序负责初始化硬件、配置系统时钟，然后跳转到主程序的起始地址。其实这部分主要涉及到中断向量表的迁移，感兴趣的可以私信作者。

5.2、程序加载

        程序的代码存储在Flash中，但并不需要一次性全部加载到RAM，MCU的CPU会根据程序的执行流程，通过程序计数器（PC）指示当前需要执行的指令地址。

5.3、按需读取

        当CPU需要执行一个指令时，但此时指令并不在CPU的指令缓存中，那么就会从Flash中读取该指令。控制器负责将指令从Flash存储器中读取出来，并通过数据总线传递给CPU。

5.4、缓存机制

        许多MCU都具有指令缓存机制，它可以减少对Flash的访问次数，以提高执行效率。如果指令已经存在于缓存中，那么CPU可以直接从缓存中读取指令，从而无需访问Flash。这里涉及多级缓存相关内容。相关内容见《计算机体系结构之缓存机制原理及其应用（一）》

5.5、分支和跳转

        当程序执行到分支（函数调用或跳转指令）时，CPU会更新程序计数器（PC）以指向新地址。如果新地址不在当前缓存的代码段中，CPU可能会需要从Flash中加载新的代码段。

5.6、动态搬运

        对于不支持指令缓存的简易MCU，或出现缓存MISS时，CPU会直接从Flash读取指令；对于支持代码搬运的MCU，如果需要执行的代码不在RAM中，操作系统或程序代码会负责将必要的代码段从Flash搬运到RAM中。

5.7、循环和重复

        程序执行是一个循环的过程，CPU会不断重复上述步骤，直至程序执行完毕。

5.8、注意事项

        以上过程对于不同的MCU可能会有所不同，其依赖于具体的硬件架构、指令集、内存管理单元（MMU）、缓存策略等因素。

6、总结

        以上应该是可以帮助大家了解关于存储在Flash的程序至RAM运行的过程，当然，可能涉及其他的知识点（缓存机制、为什么要有缓存？、缓存MISS会发生什么？、多级缓存的目的是什么？又有什么优点？。。。。。。）大家不是很了解，作者会持续更新维护文章，充分将各个知识点进行相关联。这里也解释下为什么不在此文章中做发散，嵌入式领域知识体系之广泛，并不能通过寥寥万字/十几万字可以解释的，其知识体系在兼容的同时是不断更新迭代，做这一行毕生都将持续学习，所以作者只能针对单个知识点逐一讲解。