单片机的RAM与ROM概念

1、RAM与ROM

keil编译完成后，会有提示，形如：

其中:

1. Code为代码，本质上就是一大堆ARM指令；

2. RO为只读的数据，下文的text段和constdata段属于此属性区。例如，char *name = “TOM”；//TOM三个字符就存放在ROM中作为RO-DATA；char cmd[] = “AT”;AT两个字符会在RAM和FLASH中各有一份。有些常量会在RO区中，有些例如立即数，会直接被编译在code区中。

3. RW为非0初始化的全局变量和静态变量占用的RAM大小，下文中的.data段和.bss属于RW区。注意：同时还要占用等量的ROM大小用于存放这些非0变量的初值；

4. ZI(zero initialize)没有进行初始化或者初始化为0。（该区域3个用途：0初始化的全局和静态变量+堆区+栈区）。

下面是keil自动生成的.map文件中的信息：

Flash的占用量就是上图中：

• ROM Size的大小，它包含了①+②+③的大小【ARM指令代码+只读数据+非0初始化变量的初值】（Flash 占用大小 = .text 大小 + .data大小 + 其它section（如.bss, .stack, .heap等） 位置信息大小）
• RAM的占用量包含上述③+④的大小，也即【非0初始化变量、0初始化RAM（又分为0初始化静态变量区+堆区+栈区）】（SRAM 占用大小 = .data 大小 + .bss 大小 + .stack大小 + .heap大小）

2、 bss、data、heap、stack、text详细讲解

• text代码段：用来存放代码和常量（const 关键字定义的变量）

• .data数据段：用来存放有初始值非0的全局变量和静态变量（static修饰的变量，包括全局静态变量和静态局部变量），在MCU启动过程中，会被从 flash 内 copy 到 SRAM 内（各家的启动代码都会做此操作）。

• .bss段：存储未初始化或初始化为 0 的全局/静态变量，不占用可执行文件的实际磁盘空间，仅在程序加载时由系统分配内存并清零。存储已初始化为非零值的全局/静态变量，需占用可执行文件空间保存初始数据。例如：static int arr[3] = {1, 2, 3}; 需要在 .data 段存储这 3 个值。

• **.stack栈空间：**用来存放局部变量、入参参数、返回值等，由编译器自动分配释放，如一个函数被调用后,产生的临时变量都会存到栈区的顶部,当函数完成后,会自动从顶部将刚使用的数据销毁。栈区的地址是从高地址向下增长的。

• .heap 堆区: 用来动态内存分配，如 malloc, new 申请的内存，由程序员手动分配释放。程序中不释放,则程序结束时,由OS回收;据说这个和数据结构中的堆 没有什么关系;堆区使用时地址向上增长。

ROM与RAM数据比较

数据段	说明	RAM	ROM
.bss	–	true	false
.data		true	true
RO-data	常量	false	true
.text	–	false	true
stack	局部变量等	true	false
heap	malloc	true	false

示例代码演示：

int init_nonzero_global  = 0x55;               //初始化的全局变量,存在.data
int init_zero_global      =0;                  //初始化为0, 存在.bss
const int const_a      = 0xaa;                 //常量, 在.text
static char uninit_global;                    //未初始化的静态变量,在.bss 
static char e      = '123456';                //初始化的静态变量,在 .data 的 static 区域
static char init_zero_global = 0;            //初始化为0的全局静态变量,存在.bss 
void main (void)
{int f;                                  //未初始化的局部变量, 在 .stackint g = 2;                              //初始化的局部变量, 在 .stackstatic int x;                          //未初始化的静态变量,在 .bssstatic int y = 3;                      //初始化的静态变量,在 .data 的 static 区域char *p1;                             //p1 .stackp1 = (char *)malloc(50);    //分配得来的50个字节的区域在 .heapif(NULL == p1）{free(p1);           //释放 .heap 50个字节}while(1){}
}

运行结果：在Nordic编译环境进行测试只有未初始化的全局变量存放在bss中。

bss、data、heap、stack、text示意图：
单片机的程序运行时，这 5 段在物理存储器上的位置，如下图所示：

3、详细探讨 TCM、OCRAM 和 HBNRAM 之间的区别及其具体作用。

3.1、TCM（Tightly Coupled Memory）

具体作用：

• TCM 是一种紧耦合存储器，通常用于实时计算的处理器中，如 ARM Cortex-M 系列。

• 与缓存相比，TCM 的访问延迟较低，能够提供确定性的访问时间。

• 通常用于存放关键性代码或数据，以减少访问时间，提升系统性能。

特点与用途：

• 低延迟：因为与处理器紧密耦合，访问速度非常快。

• 确定性：适用于要求严格实时性能的应用场景。

• 固定大小：通常较小且固定大小的内存区域。

3.2、 OCRAM（On Chip RAM）

具体作用：

• OCRAM 是片上随机存取存储器，与主存储器（如 DRAM）相比，其访问延迟较低。
• 一般用于存储经常需要访问的数据，以提高访问效率。

特点与用途：

• 快速访问：相比于外部存储器（如 DRAM），访问速度快，适用于需要频繁访问的数据。

• 中等容量：容量通常较大于 TCM，但仍然有限。

• 多用途：可以用来存储代码、数据，甚至可以作为缓冲区。

3.3、HBNRAM (Hibernate RAM)

具体作用：

• HBNRAM 是一种特定用途的内存，主要用于低功耗或休眠模式下的数据保持。
• 在系统进入休眠模式时，可以存储一些重要数据，确保在唤醒时可以快速恢复。

特点与用：

• 低功耗：设计上强调低功耗，数据在休眠模式中保持。

• 数据保持：适用于需要在休眠状态中保留关键数据的应用。

• 小容量：通常容量较小，主要存储需要在低功耗模式下保留的数据。

3.4、总结

参数	TCM	OCRAM	HBNRAM
作用	实时、低延迟访问	快速访问数据/代码	低功耗数据保持
延迟	极低	低	低
容量	较小	中等	小
用途	存放关键代码/数据	存放频繁访问的数据/代码	休眠模式下维护重要数据
特点	低延迟、确定性	快速访问、多用途	低功耗、数据保持