嵌入式程序开发——存储器类型与存储区划分，字符串与RAM占用

首先说一下 MCU 的存储器组织。

到本文发布为止，MCU 中常使用的存储器类型有：FLASH、RAM、ROM（包括EEPROM）

在软件角度来看，程序和数据的存储分为以下几个部分：

存储区划分			说明
代码段			即 Text Segment，程序代码主体，函数主体，立即数，字符常量，define 的数据等
数据段	静态区存储区	常量段	即 Rodata Segment（Read Only Data Segment） ，包括立即数，字符常量，字符串常量等
		初始化数据区	即 Data Segment，通常是指用来存放程序中已初始化且不为 0 的全局变量或静态变量的一块内存区域，在程序编译期间其大小及数据被确定
		未初始化数据区	即 BSS（Block Started by Symbol），通常是指用来存放程序中未初始化的或初始化为 0 的全局变量或静态变量的一块内存区域，编译器在 Data 段之后为其预留空间，在程序装载进内存时被正式分配
	动态存储区	堆区	即 Heap，由程序员分配、释放，向上生长，如 malloc 或 new 出来的数据
		栈区	即 Stack，由编译器自动分配。存放函数的参数值和局部变量值，向下生长

注：

1.代码段和常量段都可以用于保存常量数据，其主要区别是，如果常量可以作为汇编指令的一个操作数，则该常量被编译进代码段。如果不能用一个汇编操作数表示，则存于常量段。如 "uchar a=0x05;" 中的 "0x05" 将被编译成代码 "mov #0x05， a"；如果是 "uchar a[]={0x05， 0x06}" 则 "0x05，0x06" 被放置于常量段， 在初始化 a[] 的时候会有一段汇编指令用于将常量段中的内容拷贝到 a[] 中。

软件存储区与硬件存储器类型是怎么对应的呢？

一般来讲如下：

硬件存储器类型	软件存储区划分	原因
FLASH	代码段	非易失存储器使程序代码可以长期保持，通常情况下不需要修改
	常量段	非易失存储器使数据可以长期保持，通常情况下不允许修改
RAM	初始化数据区	数据不需要长期保持，数据有可能被反复修改
	未初始化数据区	数据不需要长期保持，数据有可能被反复修改
	堆区	数据不需要长期保持，在运行时动态分配，数据通常需要修改
	栈区	数据不需要长期保持，栈大小在运行时动态调整变化，栈中数据几乎是时刻在发生变化

注：

1.MCU 中的 ROM 通常用于存储制造商信息、控制器型号等信息；

2.对于 x86 体系结构的系统，因为没有 Flash 类型的存储器，所以，所有的软件存储区最终都加载到内存中，但是其内存是分段的，用户对不同内存段的访问权限不同，其代码段和常量段不可以被用户修改，如果意外修改则抛出段错误异常。

知道了存储器类型和各存储区的划分之后，让我们来看以下三组程序：

1.

static void ProcStr(void)
{
    uchar Str[] = {"12345"};
}
这段程序中，Str[] 是一个局部数组，其大小为 6，占用的堆栈空间是 2 个字符；"12345" 是常量，被存储在常量段；Str[] 的初始化过程，相当于从常量区拷贝 6 个字符的数据到栈中，这 6 个字符是"12345\0"。
2.
static void ProcStr(void)
{
    uchar Str[] = "12345";
}
这段程序中，Str[] 是一个局部数组，其大小为 6，占用的堆栈空间是 2 个字符；"12345" 是常量，被存储在常量段；Str[] 的初始化过程，相当于从常量区拷贝 6 个字符的数据到栈中，这 6 个字符是 "12345\0"。

3.
static void ProcStr(void)
{
    const uchar* Str = "12345";
}
这段程序中没有数组，唯一的 Str 是一个局部指针，其大小为 4（在 32 位系统中），因此这段程序只占用 4（在 32 位系统中） 个字符的堆栈空间；"12345"是常量，被存储在常量段；Str 的初始化过程，是将指针 Str 初始化为常量"12345"的地址，后续程序通过指针 Str 直接访问常量段，无需内存拷贝过程。
 
从以上分析可以看出，前两种方法是一样的，都需要为局部数据分配存储空间，并将静态存储区的数据拷贝过来，而最后一种方法是通过指针直接访问静态数据而无需拷贝。如果字符串长度大于系统中指针的长度，第三种方法将在时间和空间上大大优于前两种方法（第三种方法极大的节省了堆栈空间，并减少了拷贝数据所用的时间）。
 

但是，对于 MCU 来说，并不总是第三种方法好，原因在于第三种方法是直接访问常量段，由上面的表可知，对于将常量存储于 Flash 的 MCU 来说，访问常量段要比访问 RAM 慢得多。因此，如果接下来要频繁访问这个字符串，那么，采用前两种方法在速度上将会更优一些，理由是前两种方法只需要访问一次 Flash，而第三种方法则每次都需要访问 Flash。
 

当然，如果在接下来的程序中，需要修改字符串 Str 中的内容，那就只能采用前两种方法，第三种方法将会提示错误。
 

特殊说明：本文的一些内容跟编译器的特性相关，不同编译器，甚至相同编译器的不同版本间存在一定差异。