stm32卡死在void HardFault_Handler(void)函数内

        在开发STM32项目时，添加了多个较大的局部变量后，程序无法正常运行。使用Keil的调试模式，发现程序卡死在void HardFault_Handler(void)函数内。经过研究，发现是栈或堆溢出导致的问题。

一种简单的解决方法是，在STM32的启动文件（例如：startup_stm32f407xx.s）中，增大以下两个值：
        Stack_Size     EQU    0x2000  ; 栈大小
        Heap_Size      EQU    0x2000  ; 堆大小
通过增大这两个值，可以有效解决栈或堆溢出的问题。

注：Stack_Size (EQU 0x400):
Stack_Size 表示栈的大小。在 STM32 微控制器中，栈用于存储局部变量、函数调用返回地址、保存的寄存器值等。栈大小为 0x400（即 1024 字节），这意味着分配给栈的内存空间为 1024 字节（1 KB）。
Heap_Size (EQU 0x200):
Heap_Size 表示堆的大小。堆用于动态内存分配，比如通过 malloc() 或 free() 进行的内存操作。这里 Heap_Size 被设置为 0x200（即 512 字节），这意味着堆的内存空间为 512 字节。

        然而，增大栈和堆的大小时，必须考虑芯片的内存容量，避免超出芯片的内存限制。

        因此，在调整栈和堆的大小时，应根据芯片的内存容量进行合理配置，以确保程序的稳定运行。

        那怎么进行分配呢？
        假设你的 STM32 微控制器的总 RAM 大小为 X，你需要分配栈和堆时可以遵循以下原则：

        确定内存总量： 首先，查找你使用的 STM32 微控制器的 RAM 大小。假设 RAM 大小为 X 字节。

        分配栈空间： 通常栈的大小会根据程序的复杂性和功能需求来设定。如果你的程序需要较多的嵌套函数调用或者局部变量，可以适当增大栈的大小。常见的栈大小配置为 1 KB 到 8 KB 之间。

        假设你决定将栈大小设置为 4 KB（0x1000 字节）。

        分配堆空间： 堆空间通常分配为较小的值，特别是在嵌入式开发中，堆的大小一般在 512 字节到 2 KB 之间，取决于是否使用动态内存分配。如果你不打算使用过多的动态内存分配，可以设置较小的堆空间，例如 1 KB（0x400 字节）。

        保证栈和堆不重叠： 在 STM32 中，栈通常从内存的顶部开始向下增长，而堆则从内存的底部向上增长。为了避免栈和堆重叠，需要确保栈和堆的分配范围没有交错。通过合理设置栈和堆的大小，确保它们各自有足够的空间。

        示例配置：
        假设你的 STM32 的 RAM 总大小为 20 KB（0x5000 字节），你可以将栈和堆分别配置如下：

        栈空间大小：4 KB（0x1000 字节）
        堆空间大小：2 KB（0x800 字节）
        那么剩下的空间就是供全局变量、静态变量和程序代码使用的部分。

        以上内容仅为整体分析，具体情况仍需结合实际问题进行具体分析。

        需要注意的是，有些问题无法单纯通过扩大栈或堆空间来解决。由于内存资源有限，解决这类问题的关键在于对代码进行有效的内存空间优化。以下是常见的内存空间优化方法：

1. 减少全局变量的使用

• 问题：全局变量通常存储在静态存储区，过多的全局变量会占用大量内存。
• 优化方法：尽量减少全局变量的使用，改为局部变量或者将数据封装在结构体或其他数据类型中。避免不必要的全局变量，尤其是那些可能在多个函数中都被使用的变量。

2. 使用 const 关键字优化数据存储

• 问题：普通的全局变量占用的数据区（Data Segment）是可读写的，这样会浪费内存。
• 优化方法：使用 const 关键字将常量数据存储在只读数据区（如 FLASH），这样可以减少 RAM 的使用。例如，将字符串常量或配置数据定义为 const。

const char my_string[] = "Hello, STM32!";

        这样定义的常量会被存储在 FLASH 区域，而不是 RAM。

3. 使用合适的数据类型

• 问题：使用不合适的数据类型会浪费内存。例如，使用 int（通常是 4 字节）存储 0 或 1 的值，或者用 float（通常是 4 字节）存储整数。
• 优化方法：根据数据的范围选择合适的数据类型，尽量使用 uint8_t（1 字节）、uint16_t（2 字节）等小尺寸数据类型，避免使用过大的数据类型（如 int 或 float），特别是当数据范围很小时。

4. 内存池（Memory Pool）管理

• 问题：动态内存分配（如 malloc() 和 free()）可能会导致内存碎片化，特别是在嵌入式系统中，堆空间有限。
• 优化方法：使用内存池技术，手动管理内存块。内存池可以避免碎片化，提高内存使用效率。
• 使用静态分配的内存池来分配和回收内存，而不是动态地使用 malloc()，可以避免内存碎片化和多次内存分配开销。

5. 减少库函数和中间件的使用

• 问题：STM32 中提供了很多功能强大的中间件和库函数，但这些通常包含很多功能，导致代码和内存占用增大。
• 优化方法：选择性地使用库中需要的功能，不要引入不必要的中间件。如果只是需要某些特定功能，可以只引入对应的源代码，而不是整个库。

6. 启用优化编译选项

• 问题：编译器没有启用优化时，生成的代码可能包含未使用的变量或冗余指令，浪费了内存空间。
• 优化方法：在编译时启用优化选项。例如，使用 -Os 选项来优化代码大小，减少无效的代码和数据段。

        在 GCC 编译器中，可以使用如下编译选项：

        -Os  # 优化代码大小

7. 使用紧凑的算法和数据结构

• 问题：不高效的算法和数据结构可能导致过多的内存消耗。
• 优化方法：选择合适的算法和数据结构，避免使用那些空间复杂度较高的算法。对于数据存储，可以使用压缩算法或哈希表等高效数据结构。

        例如，如果有多个布尔值需要存储，可以使用 bitfields 或 bitset 来节省内存，而不是使用多个 bool 类型变量。

8. 避免动态内存分配（尽量避免 malloc() 和 free()）

• 问题：动态内存分配在嵌入式系统中非常危险，尤其是在内存有限的情况下，动态分配可能导致内存碎片化和不稳定。
• 优化方法：尽量避免在嵌入式系统中使用 malloc() 和 free()，如果确实需要，可以使用内存池进行管理。

9. 优化浮点运算

• 问题：浮点运算通常需要较大的内存和计算资源。
• 优化方法：在没有强大硬件浮点支持的情况下，尽量避免浮点运算，可以使用定点运算替代浮点数。这样可以减少内存占用，并提高运行效率。

        下面是一些前置知识补充。

        为什么4kb为0x1000 字节？

        在计算机中，1 KB 通常被定义为 1024 字节（而不是 1000 字节），这是由于计算机使用的是二进制系统，所以基于 2 的幂次方。

        1 KB = 1024 字节
        如果需要计算 4 KB 的字节数，按照上述关系，4 KB 就是 4 倍的 1024 字节：

        4 KB = 4 × 1024 字节 = 4096 字节
        4096 字节可以用十六进制来表示。4096 在十进制下是 4096，而在十六进制中，4096 的值是 0x1000。这是因为：

        4096（十进制）= 0x1000（十六进制）

        stm32中内存是怎么分配的？

        在 STM32 或其他嵌入式系统中，内存的分配通常分为几个区域：

        静态存储区（Data Segment）：

        全局变量、静态变量以及常量都存储在这个区域。它通常分为已初始化数据区（Data 区）和未初始化数据区（BSS 区）。这些变量在程序启动时分配，并且在程序的整个生命周期内存在。
        堆（Heap）：

        堆用于动态内存分配，如使用 malloc()、calloc() 等函数进行内存分配的区域。堆的大小通常由开发者在链接器脚本中配置（如 Heap_Size）。
        栈（Stack）：

        栈用于存储局部变量、函数调用的返回地址和保存的寄存器值。栈的内存是由函数调用栈帧管理的。栈的大小也可以通过配置来设置（如 Stack_Size）。
        总结
        全局变量 存储在 静态存储区 中，而非堆或栈。
        堆 用于动态内存分配。
        栈 用于存储局部变量和函数调用信息。