STM32 变量存储

一、存储区划分与变量分类

STM32的存储空间分为Flash（非易失性）和RAM（易失性）两大区域：

1. ​Flash存储器

   • ​代码段（Code）​：存储程序指令和常量（如字符串、const变量）。
   • ​RW-Data段：存储已初始化的全局变量和静态变量的初始值，这些值在启动时会被复制到RAM中。
   • ​RO-Data段：存放只读数据（如const修饰的全局变量）。

2. ​RAM存储器

   • ​Data段：存放已初始化的全局变量和静态变量的运行时值（从Flash的RW-Data段复制而来）。
   • ​BSS段：存放未初始化或初始化为0的全局变量和静态变量，启动时由系统清零。
   • ​堆（Heap）​：动态内存分配区域（如malloc申请的内存）。
   • ​栈（Stack）​：存储局部变量和函数调用上下文。

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二、启动时的数据加载流程

STM32上电后，启动文件（如startup_stm32fxxx.s）会执行以下操作：

1. ​初始化栈和堆指针
   根据链接脚本（.ld或.sct文件）定义的Stack_Size和Heap_Size分配内存空间。

2. ​复制RW-Data到RAM

   • 从Flash的RW-Data段（如地址0x08000000+Code_Size）读取已初始化变量的初始值。
   • 将这些值复制到RAM的Data段（如起始地址0x20000000）。

3. ​清零BSS段
   将RAM中BSS段对应的区域全部初始化为0。

4. ​跳转到main函数
   完成上述初始化后，程序开始执行用户代码。

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三、关键机制详解

1. ​RW-Data的双重存储

• ​Flash中的静态存储：初始值保存在Flash的RW-Data段（如0x0800xxxx）。
• ​RAM中的动态运行：启动时复制到RAM的Data段（如0x2000xxxx），确保变量在运行时可修改。

2. ​const变量的特殊处理

• ​全局const变量：存储在Flash的RO-Data段，无法修改。
• ​局部const变量：可能存储在栈中（取决于编译器优化），但仍为只读。

3. ​动态数据管理

• ​堆区：通过malloc动态申请的内存位于堆区，需手动释放。
• ​栈区：局部变量和函数参数自动分配/释放，空间有限需避免溢出。

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四、实例分析与调试

1. ​查看变量存储位置

通过编译生成的.map文件可确认变量分配：

• ​Code和RO-Data：映射到Flash地址（如0x08000000）。
• ​RW-Data和BSS：映射到RAM地址（如0x20000000）。

2. ​手动访问Flash数据

通过指针可直接读取Flash中的变量初始值：

// 读取Flash中0x08000000地址的32位数据
uint32_t flash_data = *(__IO uint32_t*)(0x08000000);

此方法常用于读取存储在Flash末页的配置参数。

3. ​优化存储空间

• 减少全局变量，优先使用局部变量和静态变量。
• 合理设置堆栈大小（通过修改启动文件）以避免溢出。

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五、高级应用场景

1. ​IAP（在应用中编程）​

将用户数据存储在Flash末页，通过HAL_FLASH_Program函数动态更新。

2. ​选项字节配置

通过操作选项字节（Option Bytes）设置读/写保护，增强安全性。

3. ​从Flash搬移代码到RAM执行

对实时性要求高的函数（如中断服务程序），可将其加载到RAM中运行以提升速度。