stm32單片機的優缺點功耗和性價比(詳解STM32單片機的堆棧)
2023-07-24 04:38:46
學習STM32單片機的時候,總是能遇到「堆棧」這個概念。分享本文,希望對你理解堆棧有幫助。
對於了解一點彙編編程的人,就可以知道,堆棧是內存中一段連續的存儲區域,用來保存一些臨時數據。堆棧操作由PUSH、POP兩條指令來完成。而程序內存可以分為幾個區:
棧區(stack)堆區(Heap)全局區(static)文字常亮區程序代碼區程序編譯之後,全局變量,靜態變量已經分配好內存空間,在函數運行時,程序需要為局部變量分配棧空間,當中斷來時,也需要將函數指針入棧,保護現場,以便於中斷處理完之後再回到之前執行的函數。
棧是從高到低分配,堆是從低到高分配。
普通單片機與STM32單片機中堆棧的區別
普通單片機啟動時,不需要用bootloader將代碼從ROM搬移到RAM。
但是STM32單片機需要,可以參考相關文章:STM32代碼的啟動過程。這裡我們可以先看看單片機程序執行的過程,單片機執行分三個步驟:
取指令分析指令執行指令根據PC的值從程序存儲器讀出指令,送到指令寄存器。然後分析執行執行。這樣單片機就從內部程序存儲器去代碼指令,從RAM存取相關數據。
RAM取數的速度是遠高於ROM的,但是普通單片機因為本身運行頻率不高,所以從ROM取指令慢並不影響。
而STM32的CPU運行的頻率高,遠大於從ROM讀寫的速度。所以需要用bootloader將代碼從ROM搬移到RAM。
使用棧就象我們去飯館裡吃飯,只管點菜(發出申請)、付錢、和吃(使用),吃飽了就走,不必理會切菜、洗菜等準備工作和洗碗、刷鍋等掃尾工作,他的好處是快捷,但是自由度小。使用堆就象是自己動手做喜歡吃的菜餚,比較麻煩,但是比較符合自己的口味,而且自由度大。
其實堆棧就是單片機中的一些存儲單元,這些存儲單元被指定保存一些特殊信息,比如地址(保護斷點)和數據(保護現場)。
如果非要給他加幾個特點的話那就是:
這些存儲單元中的內容都是程序執行過程中被中斷打斷時,事故現場的一些相關參數。如果不保存這些參數,單片機執行完中斷函數後就無法回到主程序繼續執行了。這些存儲單元的地址被記在了一個叫做堆棧指針(SP)的地方。結合STM32的開發講述堆棧從上面的描述可以看得出來,在代碼中是如何佔用堆和棧的。可能很多人還是無法理解,這裡再結合STM32的開發過程中與堆棧相關的內容來進行講述。
如何設置STM32的堆棧大小?
在基於MDK的啟動文件開始,有一段彙編代碼是分配堆棧大小的。
這裡重點知道堆棧數值大小就行。還有一段AREA(區域),表示分配一段堆棧數據段。數值大小可以自己修改,也可以使用STM32CubeMX數值大小配置,如下圖所示。
STM32F1默認設置值0x400,也就是1K大小。
Stack_Size EQU 0x400
函數體內局部變量:
void Fun(void){ char i; int Tmp[256]; //...}
局部變量總共佔用了256*4 1位元組的棧空間。所以,在函數內有較多局部變量時,就需要注意是否超過我們配置的堆棧大小。
函數參數:
void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)
這裡要強調一點:傳遞指針只佔4位元組,如果傳遞的是結構體,就會佔用結構大小空間。提示:在函數嵌套,遞歸時,系統仍會佔用棧空間。
堆(Heap)的默認設置0x200(512)字節。
Heap_Size EQU 0x200
大部分人應該很少使用malloc來分配堆空間。雖然堆上的數據只要程式設計師不釋放空間就可以一直訪問,但是,如果忘記了釋放堆內存,那麼將會造成內存洩漏,甚至致命的潛在錯誤。
MDK中RAM佔用大小分析
經常在線調試的人,可能會分析一些底層的內容。這裡結合MDK-ARM來分析一下RAM佔用大小的問題。在MDK編譯之後,會有一段RAM大小信息:
這裡4 1636=1640,轉換成16進位就是0x668,在進行在調試時,會出現:
這個MSP就是主堆棧指針,一般我們復位之後指向的位置,復位指向的其實是棧頂:
而MSP指向地址0x20000668是0x20000000偏移0x668而得來。具體哪些地方佔用了RAM,可以參看map文件中【Image Symbol Table】處的內容:
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