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stm32的堆和栈是什么?

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 楼主| 发表于 2024-5-22 11:23 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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x
关于堆和栈已经是程序员的一个月经话题,大部分有是基于os层来聊的。

- X1 i+ V8 m5 J( ^1 c) S; m
那么,在赤裸裸的单片机下的堆和栈是什么样的分布呢?以下是网摘:

# `  u4 {+ x  _* g7 {; q$ R& k% g
刚接手STM32时,你只编写一个

( m2 s$ b* S: M0 d" S
int main()

/ \; K& G7 Z' @1 {* y" }5 G) o; T- |: M
{
1 b* b' r9 ~/ ]/ I. F
while(1);
1 @! B- D' y) S* R
}
+ I% [$ X( K4 \! y$ V  ^  }7 m& [
BUILD://Program Size: Code=340 RO-data=252 RW-data=0 ZI-data=1632
; }- b2 k6 U0 U, `" @% d
编译后,就会发现这么个程序已用了1600多的RAM,要是在51单片机上,会心疼死了,这1600多的RAM跑哪儿去了,
( q8 Y1 |# ?! q! h% d
分析map,你会发现是堆和栈占用的,在startup_stm32f10x_md.s文件中,它的前面几行就有以上定义,
3 e: r+ \" e% t8 u% s' ^; [, C
这下该明白了吧。
( Q5 ^: x8 S! r' @
Stack_Size EQU 0x00000400
. y: U7 b, X* p/ i2 [0 l3 s
Heap_Size EQU 0x00000200

. G" ]5 @# p2 M7 l
以下引用网上资料 理解堆和栈的区别

7 o5 l) H- g! x' J2 B" W5 b+ L
(1)栈区(stack):由编译器自动分配和释放,存放函数的参数值、局部变量的值等,其操作方式类似
! m: Z5 X  w1 q+ M$ d6 h( I. i3 e8 q, q
于数据结构中的栈。

# ]3 V6 N& p8 T6 e, D2 p/ V
(2)堆区(heap):一般由程序员分配和释放,若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收。分配

" H0 J% e4 m- v! j+ f9 o
方式类似于数据结构中的链表。
  p+ Y' p9 z( H. N0 T+ m" e
(3)全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态
5 Z; ^" u- h  b1 g
变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系
" P2 `% f& m1 ?2 u# M
统自动释放。
) a  t, R& ]2 o) I' J0 y% B
(4)文字常量区:常量字符串就是存放在这里的。
. E6 |4 A/ P, L+ g8 y' U
(5)程序代码区:存放函数体的二进制代码。

$ M. }9 G: l+ X
例如:

( ^+ z1 f: q1 [( f
int a=0; //全局初始化区
- w- t$ q) J( e
char *p1; //全局未初始化区
2 ]7 K' u2 K! D% Z. I" y
main()

6 p1 L% m8 `1 m) [4 d4 p3 {0 N
{

; w% y4 Q% u$ I
int b; //栈
! B/ I! S: w: i" ?0 c
char s[]=”abc”; //栈
0 ]$ X! Z/ o& I" y
char *p3= “1234567”; //在文字常量区Flash
  B7 d! D" r; O# T& A
static int c =0 ; //静态初始化区
7 w4 O0 ^, f5 }
p1= (char *)malloc(10); //堆区
6 D% D% R$ B: {6 p: [! ]" U, n
strcpy(p1,”123456”); //”123456”放在常量区
: a" z7 b! W7 X7 K
}
+ [3 T( f/ }( }
所以堆和栈的区别:
0 f1 R) E$ y" Y' [+ @4 {1 E9 l
stack的空间由操作系统自动分配/释放,heap上的空间手动分配/释放。
" o0 a. k. B, Z' ]
stack的空间有限,heap是很大的自由存储区。
0 m8 q0 Y1 t4 |6 {5 V
程序在编译期和函数分配内存都是在栈上进行,且程序运行中函数调用时参数的传递也是在栈上进行。
6 q' v4 j( a8 O* M, ]) O
1.堆和栈大小

& d  x% }2 i6 H8 Z
定义大小在startup_stm32f2xx.s

! G2 i$ H4 S6 f& d0 \/ t
Stack_Size EQU 0x00000400

& u! |# i; m3 r8 Y
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem SPACE Stack_Size
__initial_sp
* f% D. c% O/ q+ s0 d; C- O& S0 T
; Heap Configuration
; Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
;
/ i1 o) Z* C0 U$ O& a) `
Heap_Size EQU 0x00000200

8 W% e6 |" n4 i" K+ p
AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
, {2 \* K/ n2 }5 `! w5 q
2.堆和栈位置
% y9 G3 N$ {; M8 z% n" H& Z
通过MAP文件可知

! K" U+ \/ u* ~3 P
HEAP 0x200106f8 Section 512 startup_stm32f2xx.o(HEAP)
STACK 0x200108f8 Section 1024 startup_stm32f2xx.o(STACK)
& r5 E1 G  F! P. [: H  k
__heap_base 0x200106f8 Data 0 startup_stm32f2xx.o(HEAP)
__heap_limit 0x200108f8 Data 0 startup_stm32f2xx.o(HEAP)
__initial_sp 0x20010cf8 Data 0 startup_stm32f2xx.o(STACK)
6 f$ ^% E8 @$ t/ v& w1 o# Q
显然 Cortex-m3资料可知:__initial_sp是堆栈指针,它就是FLASH的0x8000000地址前面4个字节(它根据堆栈大小,由编译器自动生成)

: M6 _- Z7 _( [; d, T8 c/ M
显然堆和栈是相邻的。
% P% L; f1 F0 ?* X$ O* k3 v( ~  ~
3.堆和栈空间分配
  p3 j/ T$ p. z
栈:向低地址扩展

, D" N7 O/ p! d# d) c/ K
堆:向高地址扩展
3 Z( j  ?( A3 _  {! q) r$ E
显然如果依次定义变量

+ U6 t* E2 P, d' w# k" n
先定义的栈变量的内存地址比后定义的栈变量的内存地址要大
0 o) m% L8 t/ C3 ^
先定义的堆变量的内存地址比后定义的堆变量的内存地址要小
/ S5 T9 [% G3 m8 D
4.堆和栈变量
. B( m. P4 m1 K" w6 }: x
栈:临时变量,退出该作用域就会自动释放

- c% G' ]7 o% A
堆:malloc变量,通过free函数释放

9 Z: K) H9 S) e" N! r- [
另外:堆栈溢出,编译不会提示,需要注意

1 R0 U$ m" ^* `% |
如果使用了HEAP,则必须设置HEAP大小。
如果是STACK,可以设置为0,不影响程序运行。
IAR STM8定义STACK,是预先在RAM尾端分配一个字节的区域作为堆栈预留区域。
当程序静态变量,全局变量,或者堆与预留堆栈区域有冲突,编译器连接的时候就会报错。
你可以吧STACK设置为0,并不影响运行。(会影响调试,调试会报堆栈溢出警告)。
其实没必要这么做。
一般程序,(在允许范围内)设置多少STACK,并不影响程序真实使用的RAM大小,
(可以试验,把STACK设置多少,编译出来的HEX文件都是一样),
程序还是按照它原本的状态使用RAM,把STACK设置为0,并不是真实地减少RAM使用。
仅仅是欺骗一下编译器,让程序表面上看起来少用了RAM。
而设置一定size的STACK,也并不是真的就多使用了RAM,只是让编译器帮你
检查一下,是否能够保证有size大小的RAM没有被占用,可以用来作为堆栈。
以上仅针对IAR STM8.
( k8 X- V) w) M8 o; P
从以上网摘来看单片机的堆和栈是分配在RAM里的,有可能是内部也有可能是外部,可以读写;

- p/ v5 p7 l/ p  E0 ?
栈:存函数的临时变量,即局部变量,函数返回时随时有可能被其他函数栈用。所以栈是一种分时轮流使用的存储区,

" d9 x! H( w" ~. Z7 c0 n! J, y3 \2 N
  编译器里定义的Stack_Size,是为了限定函数的局部数据活动的范围,操过这么范围有可以跑飞,也就是栈溢出;
" _7 l" ~7 U0 O7 n5 f: `
Stack_Size不影响Hex,更不影响Hex怎么运行的,只是在Debug调试时会提示错。栈溢出也有是超过了国界进行
/ j2 G1 g- F0 O/ x4 Q2 X' e3 S
活动,只要老外没有意见,你可以接着玩,有老外不让你玩,你就的得死,或是大家都死(互相撕杀),有的人写

  `: ^3 I' g3 ^" {1 ~8 o- }
单片机代码在函数里定义一个大数组 int buf[8192],栈要是小于8192是会死的很惨。

5 m" X2 D" O8 S8 {. I  X5 N- P
堆:存的是全局变量,这变量理论上是所有函数都可以访问的,全局变量有的有初始值,但这个值不是存在RAM里的,是

6 v/ V0 v2 k7 m% ?- r' u
存在Hex里,下载到Flash里,上电由代码(编译器生成的汇编代码)搬过去的。有的人很“霸道”,上电就霸占已一块很
$ z+ G8 M% a7 J0 O
大的RAM(Heap_Size),作为己有(malloc_init),别人用只能通过他们管家借(malloc),用完还得换(free)。所以  

) D/ q7 e" ~  V. t% b6 K6 G4 l
一旦有“霸道”的人出现是编译器里必须定义Heap_Size,否则和他管家借也没有用。
! t2 M! y+ p( `; n! i2 F
总之:堆和栈有存在RAM里,他两各分多少看函数需求,但是他两的总值不能超过单片机硬件的实际RAM尺寸,否则只能

8 B) L3 Z: ^4 Y: c/ s9 A' {
到海里玩(淹死了)或是自己打造船接着玩(外扩RAM)。
" l1 g8 M7 O0 u( y. a

, G, y" G$ \1 ?  D/ `
2 G" L1 r. t% j1 r7 S

; I5 a  P: v, \' I0 Z
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