详解C语言在STM32中的内存分配问题

01、前言

不说废话，先上示例代码

uint8_t num_byte[4];
uint32_t num_word;
const uint32_t num_word_const = 0x1234;
uint32_t *point_heap;
int main(void)
{
  uint8_t num_byte_stack;
  static uint8_t num_byte_static;
  
  point_heap = (uint32_t *)malloc(4);
  *point_heap = 0x3421;
  free(point_heap);
  
  num_byte_stack = 0x11;
  
#pragma section = "CSTACK"
  char *pbeginstk = __section_begin("CSTACK");
#pragma section = "HEAP"
  char *pbeginheap = __section_begin("HEAP");    
  
  printf("CSTACK addr is 0x%x\r\n",pbeginstk);
  printf("HEAP addr is 0x%x\r\n",pbeginheap);
  
  printf("num_byte addr is 0x%x\r\n",&num_byte);
  printf("num_word addr is 0x%x\r\n",&num_word);
  printf("num_word_const addr is 0x%x\r\n",&num_word_const);
  printf("point_heap addr is 0x%x\r\n",&point_heap);
  printf("point_heap is 0x%x\r\n",point_heap);
  printf("num_byte_stack addr is 0x%x\r\n",&num_byte_stack);
  printf("num_byte_static addr is 0x%x\r\n",&num_byte_static);
}

打印如下

STACK addr is 0x20000320

HEAP addr is 0x20000720

num_byte addr is 0x20000308

num_word addr is 0x2000030c

num_word_const addr is 0x8002a44

point_heap addr is 0x20000310

point_heap is 0x20000728

num_byte_stack addr is 0x200006f8

num_byte_static addr is 0x20000318

先说结论：

num_byte、num_word、num_byte_static和point_heap存储在内部RAM中。

num_byte_stack存贮在栈中。

point_heap申请到的内存在堆中。

num_word_const在内部flash中。

如果是有同学对这个了然于胸，可以出门左转了，如果有些同学有兴趣，可以进一步往下看。

02、大小端

因为后面的内容涉及到大小端问题，这里先说下大小端问题。

大端(Big-endian)：数据的高位字节存放在地址的低端低位字节存放在地址高端；

小端(Little-endian)：数据的高位字节存放在地址的高端低位字节存放在地址低端；

例如：

数据0x12345678存储格式

大端格式

低地址<----0x12|0x34|0x56|0x78---->高地址

小端格式

低地址<----0x78|0x56|0x34|0x12---->高地址

其中的地址，一般由编译器分配，也可在程序中自行指定。从上表中，可以清晰的看到，大小端是以字节为单位进行数据储存的方式。大端通俗的理解就是赋值数从左自右；小端则是从右自左。

我们常用的X86结构是小端模式，而KEILC51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式，本文使用的平台STM32F207就是小段模式。

03、逐步分析

如果有同学对这部分不是很熟悉，建议先看一下我之前的推文《C语言的内存分配》，先把C语言的堆栈，内存等概念先熟悉下。

先说关于堆栈的问题，下面代码可以打印出IAR平台下STM32的堆栈起始位置。

#pragma section = "CSTACK"
  char *pbeginstk = __section_begin("CSTACK");
#pragma section = "HEAP"
  char *pbeginheap = __section_begin("HEAP");

打印的结果如下

STACK addr is 0x20000320

HEAP addr is 0x20000720

这个地址是否正确，我们可以在IARdebug时，使用Disassembly窗口查看。

关于堆栈大小问题，如下

可以查到栈的终止位置是0x20000720，堆的终止位置是0x20000920。注意：这里计算牵扯到大小端的问题。

通过计算：

栈的大小=0x20000720-0x20000320=0x400。

堆的大小=0x20000920-0x20000720=0x200。

这和我们在IAR中的堆栈配置是一样的。

接下来就先说一下分配在内存的变量。

通过打印看出，num_byte、num_word、num_byte_static和point_heap并不在堆栈中，它们存储在内部RAM中。

使用Disassembly窗口查看如下

这也验证了static关键字，在修饰函数内的局部变量时，这个变量将和全局变量一样存储在内部ram中。

同时也说明了，STM32内部分配内存时候，是先分配全局变量（和static修饰的局部变量），再分配栈，最后再分配堆的。

对于栈的内存分配，局部变量，也就是num_byte_stack是存储在栈的范围内。

num_byte_stack addr is 0x200006f8

它的地址空间在栈中。因为在代码中num_byte_stack =0x11;使用Disassembly窗口查看到对应的地址数值是0x11。

关于栈，再说一句，栈不仅仅保存了局部变量，它会在函数切换，中断发生时保存现场，保存ARM内核的寄存器，这些不是这篇文章的讨论重点，这里先挖个坑，等以后有空再写篇文章专门说说这个部分。

堆的问题，简单来说：malloc申请的内存都在堆中。point_heap指针指向的内存地址就在堆的范围内。

point_heap is 0x20000728

代码中*point_heap= 0x3421;在Disassembly窗口查看到对应的地址数值是0x3421。

最后一个num_word_const，const修饰的变量是存储在内部flash中的，它的地址在内部flash范围内。

在代码中也有对应的赋值操作，constuint32_t num_word_const = 0x1234;在Disassembly窗口查看到对应的地址数值是0x1234。

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