ARM单片机启动流程（二）(详细解析)

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1.3.4 SRAM空间理解

Flash空间是单片机厂商已经固定了，并且Flash是ROM空间，是非易失性数据。

内存空间具有一定的灵活性，

以此单片机为例内存空间是：

范围是0x2000 0000~0x3FFF FFFF 共计512M

地址是从高到低，并且可以自己配置。
最下面是0x2000 000

裸机很少使用malloc段

main函数上面的空间，就是我们前面看到的_main函数，就是分析汇编语言涉及到的一些函数。

SP就是分配栈空间用，（具体在嵌入式C语言课程里面讲解。）

栈空间：这个里面是循环的，

就是我这次是执行LedDrivInit函数，执行玩以后，我的SP就会回到main函数栈空间的后面位置，然后下一次需要执行的是TurnOnLed那么我就会再次给这个函数分配，相当于是循环利用。栈是重复利用的，
这里也需要说明一下，就是不能定义太多的全局变量，因为全局变量太多，就会占用RAM的空间，导致函数的栈空间不够，但是如果使用函数如替代全局变量，那么使用的就是栈空间，相当于是可以循环使用的。减少内存的消耗。这也是栈的特点。

区别的是Flash就不是，因此需要给每一个函数分配一个空间，因此需要的空间往往就很大，这个不难理解的。

栈空间大小是认为设定的，

1、函数内部有没有使用大数组，需要占用栈空间，如果有这种数组，那么就需要较大的栈空间，不然就会出现栈溢出。最好不要定义这种大数组。

此外结构体的参数较多，最好定义成指针类型，开销不是太大。
只要结构体是参数，那么就直接定义成指针，这样内存开销不是很大。 不是太理解？
以下进行详细解释：

#include <stdio.h>// 定义大型结构体（包含多个成员）
typedef struct {int id;char name[50];float scores[100]; // 数组成员，结构体体积较大int age;char address[100];
} Student;// 值传递：复制整个结构体副本
void updateStudentValue(Student stu) {stu.id = 100; // 仅修改副本stu.scores[0] = 99.5;
}// 指针传递：仅传递地址
void updateStudentPointer(Student *stu) {stu->id = 100; // 修改原始结构体stu->scores[0] = 99.5;
}int main() {Student s1 = {1, "Alice", {0}, 20, "Beijing"};// 测试值传递（无效修改）updateStudentValue(s1);printf("Value Pass: ID=%d, Score0=%.1f\n", s1.id, s1.scores[0]); // 输出：ID=1, Score0=0.0 （未修改）// 测试指针传递（有效修改）updateStudentPointer(&s1);printf("Pointer Pass: ID=%d, Score0=%.1f\n", s1.id, s1.scores[0]); // 输出：ID=100, Score0=99.5 （成功修改）return 0;
}

updateStudentValue(s1);
就是将整个结构体进行复制传递，
传递 updateStudentValue：复制整个 Student 结构体（约 50 + 100 * 4 + 100 = 550+ 字节）

updateStudentPointer(&s1);
可以理解为传递是该结构体的首地址，然后又因为结构体体的地址是连续的，因此可以通过类似数组的样子，找到id对应的地址空间，从而进行修改

通过结构体指针修改成员的本质，正是基于结构体内存的连续性和编译器对成员偏移量的计算。

结构体在内存中是一块连续的地址空间，成员按声明顺序依次存储（但可能存在内存对齐填充）

struct Student {int id;         // 4字节char name[50];  // 50字节float score;    // 4字节
};

假设起始地址为 0x1000，内存布局可能如下（简化版，忽略对齐填充）

0x1000: id（4字节）
0x1004: name[50]（50字节）
0x1036: score（4字节）

当调用 updateStudentPointer(&s1) 时：

• &s1 获取结构体变量 s1 的首地址​（如 0x1000）。
• 函数参数 Student *stu 存储的就是这个首地址
  通过箭头运算符 ->（如 stu->id）时，编译器自动完成以下操作：

1. ​计算成员偏移量​：
   id 是第一个成员，偏移量为 0；
   name 偏移量为 sizeof(int) = 4；
   score 偏移量为 sizeof(int) + 50 = 54（实际需考虑对齐，此处简化）。
2. ​生成访问指令​：
   stu->id 会被编译为：访问地址 stu + 0；
   stu->name 编译为：访问地址 stu + 4。
   ​关键点​：无需手动计算偏移量，编译器自动处理！

数组通过基地址 + 索引 × 元素大小定位元素（如 arr[i]）。结构体成员定位类似：
​基地址（结构体首地址） + 成员偏移量。
但区别在于：

• ​数组元素​：类型相同，偏移量计算规则统一（i * sizeof(element)）。
• ​结构体成员​：类型不同，偏移量由编译器在编译时静态计算（如 id 偏移量恒为0）

为什么不能直接像数组那样通过指针算术访问？​​
虽然理论上可通过首地址+偏移量直接访问：
但不推荐这样做，因为：

1. ​破坏可读性​：箭头运算符 -> 更清晰。
2. ​忽略内存对齐​：编译器可能在成员间插入填充字节（Padding），手动偏移可能错位

传递结构体指针时，函数内通过 stu->id 修改成员的本质是：
​首地址 + 编译器预计算的成员偏移量 → 定位目标内存 → 直接修改原始数据。
此过程由编译器保证正确性，无需开发者关心偏移量细节

此时你也明白了，为什么结构体访问可以使用->该符号了吧，为什么数组不行，原因就是这里。
妙！！！！！！ 妙！！！！！！妙！！！！！！

2、函数调用层级太多，一直会分配栈空间，那么也可能会导致栈溢出，避免嵌套太多。

栈顶地址怎么计算？
首先根据全局变量这些，以及mallcon这种看需要申请多少等等，然后得出一个数据，那么在根据我们需要的栈空间分配大小，最终就得到了栈顶地址。

通过编译后的.map函数就可以看出来，各种变量分配的空间。

根据走自身工程数据，进行一部分分析：

首先我们在函数中自己定义了栈的大小1024个字节。

Stack_Size      EQU     0x00000400

.data                  0x20000088   Section        8  ntc_drv.o(.data)g_tempData         0x20000088   Data           4  ntc_drv.o(.data)s_index            0x2000008c   Data           2  ntc_drv.o(.data)s_convertNum       0x2000008e   Data           2  ntc_drv.o(.data).data              0x20000090   Section        6  rh_drv.o(.data)g_adcVal           0x20000090   Data           2  rh_drv.o(.data)g_humiData         0x20000092   Data           1  rh_drv.o(.data)g_timCount         0x20000094   Data           2  rh_drv.o(.data).data              0x20000098   Section        4  stdout.o(.data).bss               0x2000009c   Section       20  ntc_drv.o(.bss)g_temp10MplBuf     0x2000009c   Data          20  ntc_drv.o(.bss)STACK              0x200000b0   Section     1024  startup_gd32f30x_hd.o(STACK)

首先说说明的是

.data                  0x20000088   Section        8  ntc_drv.o(.data)

表示 ntc_drv.o(.data) 共有8个字节，并且其实地址是0x20000088
0x20000088
0x20000089
0x2000008A
0x2000008B

0x2000008C
0x2000008D

0x2000008E
0x2000008F
以上这8个地址，刚好分配了

g_tempData         0x20000088   Data           4  ntc_drv.o(.data)s_index            0x2000008c   Data           2  ntc_drv.o(.data)s_convertNum       0x2000008e   Data           2  ntc_drv.o(.data)

紧接着就是下一个数据段

.data              0x20000090   Section        6  rh_drv.o(.data)

表示 rh_drv.o(.data) 共有6个字节，并且其实地址是0x20000090

以此类推进行分配RAM空间，也就是.data和.bss段。

.bss              0x2000009c   Section       20  ntc_drv.o(.bss)g_temp10MplBuf    0x2000009c   Data          20  ntc_drv.o(.bss)STACK             0x200000b0   Section     1024  startup_gd32f30x_hd.o(STACK)

因此经过这些计算，就可以得出栈顶空间，也就是在下面这个图里面的注释一样。

但是上面的程序跟这个图里面的不是一个工程。

补充一个说明

RO：常量数据，这一部分也在ROM里面，也就是Flash

ZI是：

Flash里面全局变量数据RW区域和.data里面是一一对应的，就是通过_main函数将RW里面的全局变量给复制到RAM的.data里面。

不难想象，我们是通过Flash进行烧写，因此需要有一个步骤，就是将我们的全局变量进行对应的复制才能到RAM段。因此这两个是一一对应的。

需要说明
Program Size: Code=10300 RO-data=1004 RW-data=156 ZI-data=1044
那么可以分析出对应的bin文件一共有
10300 + 1004 + 156 = 11460大小。

SRAM是嵌入式系统中存储运行时数据的核心，栈是其重要组成部分，但SRAM还包含堆、全局变量、缓存等其他功能区域。合理规划栈大小和使用习惯（如避免大局部变量）是确保系统稳定的关键。若需进一步优化内存管理，可结合.map文件分析和启动文件配置。

通过上述数据手册可以看出，SRAM的空间是0x2000 0000~0x2001 7FFF，最大的空间是96KB，经过以下计算也是这样：98304/1024=96KB，98307是地址之差，又因为一个地址只能存储一个字节因此除以1024个字节得到的就是空间大小96KB。

Stack_Size      EQU     0x00000400    //表示的是1KB，400=1024。

通过上面这个定义可以看出我们的栈空间是1KB。一般这个定义就在启动文件里面可以看出来。

以下是栈空间的理解：
为什么会先考虑栈空间，这是因为单片机在复位后，单片机首先会做两件事:

1、从地址 0x0000,0000 处取出 MSP 的初始值(栈顶地址)，用于函数分配内存栈空间;

2、从地址 0x0000,0004 处取出 PC的初始值，这个值是Reset Handler复位函数的地址，然后从这个地址开始执行程序。

那么现在我们先只关心第一个步骤，取出栈顶地址，

从芯片手册里面可以看出SRAM空间是SRAM的空间是0x2000 0000~0x2001 7FFF，

内存分配顺序：静态内存优先
Cortex-M 芯片的 SRAM 分配遵循严格顺序：

• ​步骤 1​：从 0x20000000 开始分配全局变量（.data 已初始化数据、.bss 未初始化数据）。
• ​步骤 2​：分配堆空间（Heap），若程序未使用 malloc 则可能被优化。
• ​步骤 3​：​栈空间（Stack）最后分配，其起始地址（__initial_sp） = ​静态内存结束地址 + 栈大小。

0x20000000   0x08000750   0x00000024   Data   RW          165    .data               led_drv.o0x20000024   0x08000774   0x00000004   PAD0x20000028        -       0x00000400   Zero   RW          648    STACK               startup_gd32f30x_hd.o

可以看出前两个步骤分配完成以后SRAM的空间是0x20000028，然后在跟我们上述定义的栈空间大小，我们就可以得出

• 静态内存结束地址为 0x20000428 - 0x400 = 0x20000028（栈空间 1KB = 0x400 字节）
  → 表明静态内存占用了 0x20000000~0x20000028 的空间（约 40 字节）。

Stack_Size      EQU     0x00000400    //表示的是1KB，400=1024。

如果我们把栈空间进行修改，

Stack_Size      EQU     0x00000800

可以看出前面的内存分布并没有发生改变，改变的只是最后栈空间的大小

0x20000000   0x08000750   0x00000024   Data   RW          165    .data               led_drv.o0x20000024   0x08000774   0x00000004   PAD0x20000028        -       0x00000800   Zero   RW          648    STACK               startup_gd32f30x_hd.o

最终得到的是栈顶地址是：0x20000828

__initial_sp                             0x20000828   Data           0  startup_gd32f30x_hd.o(STACK)

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