STM32堆和栈(Heap & Stack)及SRAM存储使用

本文通过分析一个简单的程序映射文件(map文件),详细解释了SRAM内存占用的构成,包括全局变量、堆(heap)和栈(stack)区域的使用情况,并提供了避免堆栈溢出的建议。

编译一个程序,出现下面的信息:



        明明程序没有什么内容,为什么变量大小就有RW+ZI=52+1836=1888字节大小了呢,就已经使用了1888字节的SRAM空间。让我们打开map文件:



        可以看到每个文件所使用的SRAM大小,比如delay文件使用了4个字节,地址从0x20000014到0x20000017。其中可以看到HEAP和STACK占了大头,分别占了0x00000200和0x00000400的空间。STACK的起始地址是0x20000360,大小是0x00000400,那么最后的地址是0x20000760,刚好等于1888=0x760字节。于是我们就知道SRAM空间用来存放了什么东西了:1、各个文件中声明和定义的全局变量、静态数据和常量;2、HEAP区;3、STACK区。


        堆区(heap):一般由程序员使用malloc或new来进行分配,在适当的时候用free或delete来进行释放。若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收。分配方式类似于数据结构中的链表。

        栈区(stack):由编译器自动分配和释放,程序员不做干涉。存放函数的参数值、局部变量的值等,其操作方式类似于数据结构中的栈。程序的中断,函数的形式参数传递等都需要STACK来实现。

        注意:

        1、堆栈的大小在编译器编译之后是不知道的,只有运行的时候才知道,所以需要注意一点,就是别造成堆栈溢出了,不然就会发生hardfault错误。

        2、所有在处理的函数,包括函数嵌套,递归,等等,都是从这个“栈”里面,来分配的。所以,如果栈大小为2K,一个函数的局部变量过多,比如在函数里面定义一个u8 buf[512],这一下就占了1/4的栈大小了,再在其他函数里面来搞两下,程序崩溃是很容易的事情,这时候,一般你会进入到hardfault….这是初学者非常容易犯的一个错误.切记不要在函数里面放N多局部变量,尤其有大数组的时候!

        3、  STM32的栈,是向下生长的。事实上,一般CPU的栈增长方向,都是向下的。而堆的生长方向,都是向上的。堆和栈,只是他们各自的起始地址和增长方向不同,他们没有一个固定的界限,所以一旦堆栈冲突,系统就到了崩溃的时候了。

        4、程序中的常量,如果没加const也会编译到SRAM里,加了const会被编译到flash中。

        附上SRAM中的数据存放情况图:



### STM32的概念 #### 的作用与配置方法 在嵌入式系统中,特别是像STM32这样的微控制器平台,用于动态内存分配。这意味着当程序运行时可以根据需求申请一定大小的连续存储区域。这种灵活性使得复杂的数据结构(如链表、树形结构等)能够被创建并管理。 对于STM32而言,默认情况下其启动文件已经定义了一定数量的空间作为heap区,并指定了起始地址。例如,在某些型号中可以看到如下设置: ```assembly HEAP 0x200106f8 Section 512 startup_stm32f2xx.o(HEAP)[^4] ``` 这表明从`0x200106f8`开始有512字节可用作空间。然而,实际应用过程中可能需要调整这个数值以适应具体应用场景的需求;如果应用程序频繁地进行大量的动态内存操作,则应适当增加容量以免发生溢出错误。 为了修改默认设定,可以在链接脚本(.ld)内重新指定heap段的位置及其长度。通常做法是在`.isr_vector`之后紧跟`.data`, `.bss`等静态数据段放置heap部分。 #### 的作用与配置方法 相比之下,主要用于函数调用期间保存返回地址、参数传递以及临时变量存储等功能。每当进入一个新的子过程执行前都会先压入当前上下文环境至顶位置以便后续恢复现场之需。因此随着递归深度加大或局部对象增多,所需占用的stack资源也会相应增长。 同样地,在startup代码中有预设好的STACK初始化语句: ```assembly STACK 0x200108f8 Section 1024 startup_stm32f2xx.o(STACK) ``` 上述片段说明了初始状态下为预留了自`0x200108f8`起共计1KB (即1024 bytes) 的RAM区间供使用。不过值得注意的是,由于大多数MCU内部SRAM总量有限,所以合理规划各模块间共享这部分宝贵资产显得尤为重要——过大的尺寸不仅浪费硬件资源还可能导致其他重要组件无法获得足够的工作缓冲区而引发异常状况。 针对不同版本系列的产品手册会给出建议性的最大允许范围值,开发者应当依据实际情况灵活调配二者之间的比例关系。另外一种有效手段就是借助编译工具生成的地图(map)文档来精确分析整个工程所消耗的具体情况从而做出最优决策[^5]。 ### C语言中的全局变量、局部变量区别于堆栈特性 除了理解本身外,掌握它们与其他类型的变量之间相互作用也是至关重要的知识点之一。简单来说: - **全局/静态变量** 存储于特定的数据段而非活动记录之中; - **自动型局部实体** 则完全依赖于对应层次框架内的私有工作区实现生命周期管理访问控制机制。 综上所述,通过精心设计堆栈布局方案可以显著提升系统的稳定性性能表现[^2]。
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