STM32 大小端序 與 堆棧及其增長(zhǎng)方向分析

棧增長(zhǎng)和大端/小端問(wèn)題是和CPU相關(guān)的兩個(gè)問(wèn)題.

1,首先來(lái)看:棧(STACK)的問(wèn)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(dòng)文件里面設(shè)置,以戰(zhàn)艦stm32開(kāi)發(fā)板為例,在startup_stm32f10x_hd.s里面,開(kāi)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(wù)的時(shí)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(gè)"棧"里面,來(lái)分配的.
所以,如果一個(gè)函數(shù)的局部變量過(guò)多,比如在函數(shù)里面定義一個(gè)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(lái)搞兩下,程序崩潰是很容易的事情,這時(shí)候,一般你會(huì)進(jìn)入到hardfault....
這是初學(xué)者非常容易犯的一個(gè)錯(cuò)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(shí)候!

對(duì)于棧區(qū),一般棧頂,也就是MSP,在程序剛運(yùn)行的時(shí)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(gè)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(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候:MSP=0X2000 0000+0X940=0X2000 0940.
事實(shí)上,也是如此,如圖:

圖中,MSP就是:0X2000 0940.程序運(yùn)行后,MSP就是從這個(gè)地址開(kāi)始,往下給函數(shù)的局部變量分配地址.

再說(shuō)說(shuō)棧的增長(zhǎng)方向,我們可以用如下代碼測(cè)試:

//保存棧增長(zhǎng)方向

//0,向下增長(zhǎng);1,向上增長(zhǎng).

staticu8stack_dir;

//查找棧增長(zhǎng)方向,結(jié)果保存在stack_dir里面.

voidfind_stack_direction(void)

{

staticu8*addr=NULL;//用于存放第一個(gè)dummy的地址。

u8dummy;//用于獲取棧地址

if(addr==NULL)//第一次進(jìn)入

{

addr=&dummy;//保存dummy的地址

find_stack_direction();//遞歸

}else//第二次進(jìn)入

{

if(&dummy>addr)stack_dir=1;//第二次dummy的地址大于第一次dummy,那么說(shuō)明棧增長(zhǎng)方向是向上的.

elsestack_dir=0;//第二次dummy的地址小于第一次dummy,那么說(shuō)明棧增長(zhǎng)方向是向下的.

}

}

這個(gè)代碼不是我寫(xiě)的,網(wǎng)上抄來(lái)的,思路很巧妙,利用遞歸,判斷兩次分配給dummy的地址,來(lái)比較棧是向下生長(zhǎng),還是向上生長(zhǎng).
如果你在STM32測(cè)試這個(gè)函數(shù),你會(huì)發(fā)現(xiàn),STM32的棧,是向下生長(zhǎng)的.事實(shí)上,一般CPU的棧增長(zhǎng)方向,都是向下的.

2,再來(lái)說(shuō)說(shuō),堆(HEAP)的問(wèn)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(kāi)始分配給各個(gè)全局變量和靜態(tài)變量.
堆的生長(zhǎng)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(zhǎng)方向不同,他們沒(méi)有一個(gè)固定的界限,所以一旦堆棧沖突,系統(tǒng)就到了崩潰的時(shí)候了.
同樣,我們用附件里面的例程測(cè)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(lái)應(yīng)該是從0X2000 0000開(kāi)始分配的,但是,我仿真發(fā)現(xiàn)0X2000 0000總是存放:0X2000 0398,這個(gè)值,貌似是MSP,但是又不變化,還請(qǐng)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(shuō)說(shuō),大小端的問(wèn)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(jiǎn)單的說(shuō),比如u32 temp=0X12345678;
假設(shè)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(guò)如下代碼測(cè)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(cè)試,在STM32上,你會(huì)得到cpu_endian=0,也就是小端模式.


3,最后說(shuō)說(shuō),STM32內(nèi)存的問(wèn)題.
還是以附件工程為例,在前面第一個(gè)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(lái)的呢?
我們可以雙擊Project側(cè)邊欄的:Targt1,會(huì)彈出test.map,在這個(gè)里面,我們就可以清楚的知道這些內(nèi)存到底是怎么來(lái)的了.在這個(gè)test.map最后,Image 部分有:
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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(dòng)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(gè)串口接收數(shù)組buffer,占用200字節(jié).

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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(duì)其

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Code (inc. data) RO Data RW Data ZI Data Debug Library Member Name

8 0 0 0 0 68 __main.o