首先感謝這位網(wǎng)友，寫出這篇實用的深度好文,這篇文章是他的原創(chuàng)。復制過來，可以時常看看。本人個人認為，能看懂這篇文章的人才有資格說懂一點計算機技術！當然，本文優(yōu)化整理后就更出彩！堆heap和棧stack都是計算機內(nèi)存，只是屬性不同而已，stack由編譯器自動分配和回收，heap由程序員手動分配和回收，通過malloc和free函數(shù)。 棧增長和大端/小端問題是和CPU相關的兩個問題.1,首先來看:棧(STACK)的問題.
函數(shù)的局部變量,都是存放在"棧"里面,棧的英文是:STACK.STACK的大小,我們可以在stm32的啟動文件里面設置,以戰(zhàn)艦stm32開發(fā)板為例,在startup_stm32f10x_hd.s里面,開頭就有:Stack_Size EQU 0x00000800表示棧大小是0X800,也就是2048字節(jié).這樣,CPU處理任務的時候,函數(shù)局部變量做多可占用的大小就是:2048字節(jié),注意:是所有在處理的函數(shù),包括函數(shù)嵌套,遞歸,等等,都是從這個"棧"里面,來分配的.所以,如果一個函數(shù)的局部變量過多,比如在函數(shù)里面定義一個u8 buf[512],這一下就占了1/4的棧大小了,再在其他函數(shù)里面來搞兩下,程序崩潰是很容易的事情,這時候,一般你會進入到hardfault....這是初學者非常容易犯的一個錯誤.切記不要在函數(shù)里面放N多局部變量,尤其有大數(shù)組的時候!
對于棧區(qū),一般棧頂,也就是MSP,在程序剛運行的時候,指向程序所占用內(nèi)存的最高地址.比如附件里面的這個程序序,內(nèi)存占用如下圖:
圖中,我們可以看到,程序總共占用內(nèi)存:20+2348字節(jié)=2368=0X940
那么程序剛開始運行的時候:MSP=0X2000 0000+0X940=0X2000 0940.
事實上,也是如此,如圖:
圖中,MSP就是:0X2000 0940.
程序運行后,MSP就是從這個地址開始,往下給函數(shù)的局部變量分配地址.
再說說棧的增長方向,我們可以用如下代碼測試:
//保存棧增長方向
//0,向下增長;1,向上增長.
static u8 stack_dir;
//查找棧增長方向,結(jié)果保存在stack_dir里面.
void find_stack_direction(void)
{
static u8 *addr=NULL; //用于存放第一個dummy的地址。
u8 dummy; //用于獲取棧地址
if(addr==NULL) //第一次進入
{
addr=&dummy; //保存dummy的地址
find_stack_direction (); //遞歸
}else //第二次進入
{
if(&dummy>addr)stack_dir=1; //第二次dummy的地址大于第一次dummy,那么說明棧增長方向是向上的.
else stack_dir=0; //第二次dummy的地址小于第一次dummy,那么說明棧增長方向是向下的.
}
}
這個代碼不是我寫的,網(wǎng)上抄來的,思路很巧妙,利用遞歸,判斷兩次分配給dummy的地址,來比較棧是向下生長,還是向上生長.
如果你在STM32測試這個函數(shù),你會發(fā)現(xiàn),STM32的棧,是向下生長的.事實上,一般CPU的棧增長方向,都是向下的.
2,再來說說,堆(HEAP)的問題.
全局變量,靜態(tài)變量,以及內(nèi)存管理所用的內(nèi)存,都是屬于"堆"區(qū),英文名:"HEAP"
與棧區(qū)不同,堆區(qū),則從內(nèi)存區(qū)域的起始地址,開始分配給各個全局變量和靜態(tài)變量.
堆的生長方向,都是向上的.在程序里面,所有的內(nèi)存分為:堆+棧. 只是他們各自的起始地址和增長方向不同,他們沒有一個固定的界限,所以一旦堆棧沖突,系統(tǒng)就到了崩潰的時候了.
同樣,我們用附件里面的例程測試:
stack_dir的地址是0X20000004,也就是STM32的內(nèi)存起始端的地址.
這里本來應該是從0X2000 0000開始分配的,但是,我仿真發(fā)現(xiàn)0X2000 0000總是存放:0X2000 0398,這個值,貌似是MSP,但是又不變化,還請高手幫忙解釋下.
其他的,全局變量,則依次遞增,地址肯定大于0X20000004,比如cpu_endian的地址就是0X20000005.
這就是STM32內(nèi)部堆的分配規(guī)則.
3,再說說,大小端的問題.
大端模式：低位字節(jié)存在高地址上，高位字節(jié)存在低地址上
小端模式：高位字節(jié)存在高地址上，低位字節(jié)存在低地址上
STM32屬于小端模式,簡單的說,比如u32 temp=0X12345678;
假設temp地址在0X2000 0010.
那么在內(nèi)存里面,存放就變成了:
地址 | HEX |
0X2000 0010 | 78 56 43 12 |
CPU到底是大端還是小端,可以通過如下代碼測試:
//CPU大小端
//0,小端模式;1,大端模式.
static u8 cpu_endian;
//獲取CPU大小端模式,結(jié)果保存在cpu_endian里面
void find_cpu_endian(void)
{
int x=1;
if(*(char*)&x==1)cpu_endian=0; //小端模式
else cpu_endian=1; //大端模式
}
以上測試,在STM32上,你會得到cpu_endian=0,也就是小端模式.
3,最后說說,STM32內(nèi)存的問題.
還是以附件工程為例,在前面第一個圖,程序總共占用內(nèi)存:20+2348字節(jié),這么多內(nèi)存,到底是怎么得來的呢?
我們可以雙擊Project側(cè)邊欄的:Targt1,會彈出test.map,在這個里面,我們就可以清楚的知道這些內(nèi)存到底是怎么來的了.在這個test.map最后,Image 部分有:
============================================================================== Image component sizes
Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Object Name
172 10 0 4 0 995 delay.o//delay.c里面,fac_us和fac_ms,共占用4字節(jié)
112 12 0 0 0 427 led.o
72 26 304 0 2048 828 startup_stm32f10x_hd.o //啟動文件,里面定義了Stack_Size為0X800,所以這里是2048.
712 52 0 0 0 2715 sys.o
348 154 0 6 0 208720 test.o//test.c里面,stack_dir和cpu_endian 以及*addr ,占用6字節(jié).
384 24 0 8 200 3050 usart.o//usart.c定義了一個串口接收數(shù)組buffer,占用200字節(jié). ----------------------------------------------------------------------
1800 278 336 20 2248 216735 Object Totals //總共2248+20字節(jié)
0 0 32 0 0 0 (incl. Generated)
0 0 0 2 0 0 (incl. Padding)//2字節(jié)用于對其 ---------------------------------------------------------------------- Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Library Member Name 8 0 0 0 0 68 __main.o
104 0 0 0 0 84 __printf.o
52 8 0 0 0 0 __scatter.o
26 0 0 0 0 0 __scatter_copy.o
28 0 0 0 0 0 __scatter_zi.o
48 6 0 0 0 96 _printf_char_common.o
36 4 0 0 0 80 _printf_char_file.o
92 4 40 0 0 88 _printf_hex_int.o
184 0 0 0 0 88 _printf_intcommon.o
0 0 0 0 0 0 _printf_percent.o
4 0 0 0 0 0 _printf_percent_end.o
6 0 0 0 0 0 _printf_x.o
12 0 0 0 0 72 exit.o
8 0 0 0 0 68 ferror.o
6 0 0 0 0 152 heapauxi.o
2 0 0 0 0 0 libinit.o
2 0 0 0 0 0 libinit2.o
2 0 0 0 0 0 libshutdown.o
2 0 0 0 0 0 libshutdown2.o
8 4 0 0 96 68 libspace.o //庫文件(printf使用),占用了96字節(jié)
24 4 0 0 0 84 noretval__2printf.o
0 0 0 0 0 0 rtentry.o
12 0 0 0 0 0 rtentry2.o
6 0 0 0 0 0 rtentry4.o
2 0 0 0 0 0 rtexit.o
10 0 0 0 0 0 rtexit2.o
74 0 0 0 0 80 sys_stackheap_outer.o
2 0 0 0 0 68 use_no_semi.o
2 0 0 0 0 68 use_no_semi_2.o
450 8 0 0 0 236 faddsub_clz.o
388 76 0 0 0 96 fdiv.o
62 4 0 0 0 84 ffixu.o
38 0 0 0 0 68 fflt_clz.o
258 4 0 0 0 84 fmul.o
140 4 0 0 0 84 fnaninf.o
10 0 0 0 0 68 fretinf.o
0 0 0 0 0 0 usenofp.o ----------------------------------------------------------------------
2118 126 42 0 100 1884 Library Totals //調(diào)用的庫用了100字節(jié).
10 0 2 0 4 0 (incl. Padding) //用于對其多占用了4個字節(jié) ---------------------------------------------------------------------- Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Library Name 762 30 40 0 96 1164 c_w.l
1346 96 0 0 0 720 fz_ws.l ----------------------------------------------------------------------
2118 126 42 0 100 1884 Library Totals ---------------------------------------------------------------------- ==============================================================================
Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug
3918 404 378 20 2348 217111 Grand Totals
3918 404 378 20 2348 217111 ELF Image Totals
3918 404 378 20 0 0 ROM Totals ============================================================================== Total RO Size (Code + RO Data) 4296 ( 4.20kB)
Total RW Size (RW Data + ZI Data) 2368 ( 2.31kB) //總共占用:2248+20+100=2368.
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data) 4316 ( 4.21kB) ==============================================================================
通過這個文件,我們就可以分析整個內(nèi)存,是怎么被占用的,具體到每個文件,占用多少.一目了然了.
4,最后,看看整個測試代碼:
main.c代碼如下,工程見附件.
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "key.h"
//ALIENTEK戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板堆棧增長方向以及CPU大小端測試 //保存棧增長方向
//0,向下增長;1,向上增長.
static u8 stack_dir; //CPU大小端
//0,小端模式;1,大端模式.
static u8 cpu_endian;
//查找棧增長方向,結(jié)果保存在stack_dir里面.
void find_stack_direction(void)
{
static u8 *addr=NULL; //用于存放第一個dummy的地址。
u8 dummy; //用于獲取棧地址
if(addr==NULL) //第一次進入
{
addr=&dummy; //保存dummy的地址
find_stack_direction (); //遞歸
}else //第二次進入
{
if(&dummy>addr)stack_dir=1; //第二次dummy的地址大于第一次dummy,那么說明棧增長方向是向上的.
else stack_dir=0; //第二次dummy的地址小于第一次dummy,那么說明棧增長方向是向下的.
}
}
//獲取CPU大小端模式,結(jié)果保存在cpu_endian里面
void find_cpu_endian(void)
{
int x=1;
if(*(char*)&x==1)cpu_endian=0; //小端模式
else cpu_endian=1; //大端模式
}
int main(void)
{
Stm32_Clock_Init(9); //系統(tǒng)時鐘設置
uart_init(72,9600); //串口初始化為9600
delay_init(72); //延時初始化
LED_Init(); //初始化與LED連接的硬件接口
printf("stack_dir:%x\r\n",&stack_dir);
printf("cpu_endian:%x\r\n",&cpu_endian);
find_stack_direction(); //獲取棧增長方式
find_cpu_endian(); //獲取CPU大小端模式
while(1)
{
if(stack_dir)printf("STACK DIRCTION:向上生長\r\n\r\n");
else printf("STACK DIRCTION:向下生長\r\n\r\n");
if(cpu_endian)printf("CPU ENDIAN:大端模式\r\n\r\n");
else printf("CPU ENDIAN:小端模式\r\n\r\n");
delay_ms(500);
LED0=!LED0;
}
}
測試結(jié)果如圖:
附加：
STM32屬于小端模式,簡單的說,比如u32 temp=0X12345678;
假設temp地址在0X2000 0010.
那么在內(nèi)存里面,存放就變成了:
地址 | HEX |
0X2000 0010 | 78 56 43 12
原子哥，這里沒有看明白，我理解的是不是應該這樣
地址 | HEX |
0X2000 0010 78
0X2000 0011 56
0X2000 0012 34
0X2000 0013 12
另外，經(jīng)過測試，確實是這樣。 |
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