嵌入式軟件開發(fā)必知必會(huì)
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一、數(shù)據(jù)段、代碼段、堆棧段、BSS段的區(qū)別
進(jìn)程（執(zhí)行的程序）會(huì)占用一定數(shù)量的內(nèi)存，它或是用來存放從磁盤載入的程序代碼，或是存放取自用戶輸入的數(shù)據(jù)等等。不過進(jìn)程對(duì)這些內(nèi)存的管理方式因內(nèi)存用途不一而不盡相同，有些內(nèi)存是事先靜態(tài)分配和統(tǒng)一回收的，而有些卻是按需要?jiǎng)討B(tài)分配和回收的。對(duì)任何一個(gè)普通進(jìn)程來講，它都會(huì)涉及到5種不同的數(shù)據(jù)段。下面我們來簡(jiǎn)單歸納一下進(jìn)程對(duì)應(yīng)的內(nèi)存空間中所包含的5種不同的數(shù)據(jù)區(qū)都是干什么的。
BSS段：BSS段（bss segment）通常是指用來存放程序中未初始化的全局變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。BSS是英文Block Started by Symbol的簡(jiǎn)稱。BSS段屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。
數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)段（data segment）通常是指用來存放程序中已初始化的全局變量的一塊內(nèi)存區(qū)域。數(shù)據(jù)段屬于靜態(tài)內(nèi)存分配。
代碼段：代碼段（code segment/text segment）通常是指用來存放程序執(zhí)行代碼的一塊內(nèi)存區(qū)域。這部分區(qū)域的大小在程序運(yùn)行前就已經(jīng)確定，并且內(nèi)存區(qū)域通常屬于只讀, 某些架構(gòu)也允許代碼段為可寫，即允許修改程序。在代碼段中，也有可能包含一些只讀的常數(shù)變量，例如字符串常量等。
堆（heap）：堆是用于存放進(jìn)程運(yùn)行中被動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存段，它的大小并不固定，可動(dòng)態(tài)擴(kuò)張或縮減。當(dāng)進(jìn)程調(diào)用malloc等函數(shù)分配內(nèi)存時(shí)，新分配的內(nèi)存就被動(dòng)態(tài)添加到堆上（堆被擴(kuò)張）；當(dāng)利用free等函數(shù)釋放內(nèi)存時(shí)，被釋放的內(nèi)存從堆中被剔除（堆被縮減）
棧(stack)：棧又稱堆棧，是用戶存放程序臨時(shí)創(chuàng)建的局部變量，也就是說我們函數(shù)括弧“{}”中定義的變量（但不包括static聲明的變量，static意味著在數(shù)據(jù)段中存放變量）。除此以外，在函數(shù)被調(diào)用時(shí)，其參數(shù)也會(huì)被壓入發(fā)起調(diào)用的進(jìn)程棧中，并且待到調(diào)用結(jié)束后，函數(shù)的返回值也會(huì)被存放回棧中。由于棧的先進(jìn)后出特點(diǎn)，所以棧特別方便用來保存/恢復(fù)調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)。從這個(gè)意義上講，我們可以把堆?？闯梢粋€(gè)寄存、交換臨時(shí)數(shù)據(jù)的內(nèi)存區(qū)。
棧是由操作系統(tǒng)分配的，內(nèi)存的申請(qǐng)與回收都由OS管理。
全局的未初始化變量存在于.bss段中，具體體現(xiàn)為一個(gè)占位符；全局的已初始化變量存于.data段中；而函數(shù)內(nèi)的自動(dòng)變量都在棧上分配空間。.bss是不占用.exe文件空間的，其內(nèi)容由操作系統(tǒng)初始化（清零）；而.data卻需要占用，其內(nèi)容由程序初始化，因此造成了上述情況。
bss段（未手動(dòng)初始化的數(shù)據(jù)）并不給該段的數(shù)據(jù)分配空間，只是記錄數(shù)據(jù)所需空間的大小。data（已手動(dòng)初始化的數(shù)據(jù)）段則為數(shù)據(jù)分配空間，數(shù)據(jù)保存在目標(biāo)文件中。數(shù)據(jù)段包含經(jīng)過初始化的全局變量以及它們的值。BSS段的大小從可執(zhí)行文件中得到，然后鏈接器得到這個(gè)大小的內(nèi)存塊，緊跟在數(shù)據(jù)段后面。當(dāng)這個(gè)內(nèi)存區(qū)進(jìn)入程序的地址空間后全部清零。包含數(shù)據(jù)段和BSS段的整個(gè)區(qū)段此時(shí)通常稱為數(shù)據(jù)區(qū)。
接下來，我們來看一個(gè)例程，我將告訴你，在程序中上面所說的究竟在什么位置，請(qǐng)看代碼:
1#include
那么，這些段最終又是怎么被加載的呢？
我們以ARM嵌入式Linux系統(tǒng)為例，嵌入式系統(tǒng)在編譯鏈接的過程中會(huì)通過一個(gè)叫鏈接腳本的東西，告訴鏈接器，把輸入的程序文件中的各個(gè)段放到輸出的文件中區(qū)，然后控制各個(gè)段在內(nèi)存中的布局，這樣程序在運(yùn)行時(shí)就有地址空間布局了。
我們來看一個(gè)簡(jiǎn)單的連接腳本：test.lds
1//指定程序的輸出格式 2//大端、小端 3OUTPUT_FORMAT("elf32-littlearm", "elf32-bigarm", 4 "elf32-littlearm") 5//輸出對(duì)應(yīng)平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu) 6OUTPUT_ARCH(arm) 7//將SYMBOL的值設(shè)置成入口地址，這里一般都是_start 8ENTRY(_start) 9//指定共享庫 10SEARCH_DIR("=/usr/local/lib"); SEARCH_DIR("=/lib"); SEARCH_DIR("=/usr/lib"); 11SECTIONS 12{ 13 //表示從0x40008000這個(gè)地址開始加載各個(gè)段 14 . = 0x40008000 ; 15 //文本段 16 .text : 17 { 18 test.o(.text); 19 *.o(.text); 20 } 21 //只讀數(shù)據(jù)段 22 .rodata:{*(.rodata)} 23 //設(shè)置對(duì)齊格式為4個(gè)字節(jié) 24 align = 4 ; 25}
二、位，字，字節(jié)，字符等基礎(chǔ)
(1)字（Word）:在ARM體系結(jié)構(gòu)（32位機(jī)）中，字的長(zhǎng)度是32位，而在8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，字的長(zhǎng)度是16位，字長(zhǎng)是衡量計(jì)算機(jī)性能的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。
(2)半字（Half-Word）：在ARM體系結(jié)構(gòu)（32位機(jī)）中，半字的長(zhǎng)度是16位，而在8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，半字的長(zhǎng)度與字的長(zhǎng)度一致。
(3)字節(jié)（Byte）:在ARM體系結(jié)構(gòu)（32位機(jī)）和8位/16位處理器體系結(jié)構(gòu)中，字節(jié)的長(zhǎng)度均是8位。字節(jié)一般用于表示存儲(chǔ)容量，例如：
1KB = 2^10B = 1024 B 1MB = 2^10KB = 1024KB = 2^20B
1GB = 2^10MB=1024MB=2^30B 1TB=2^10GB=1024GB=2^40B
(4)位(bit) :一個(gè)字節(jié)等于8bit , 1位的二進(jìn)制的數(shù)碼一般用0或1來表示。
(5)漢字：一個(gè)漢字由兩個(gè)字節(jié)組成，如“你”，在其它編碼情況下，漢字有可能也由三個(gè)字節(jié)組成。
(6)字母：一個(gè)字母由一個(gè)字節(jié)組成，如“V”
(7)字符：字符指一個(gè)字母或一個(gè)字或一個(gè)標(biāo)點(diǎn)或一個(gè)符號(hào)，不一定幾個(gè)字節(jié)，看情況定。
三、進(jìn)制轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)
(1)十進(jìn)制
我們?cè)谌粘Ｉ钪?，只要是和錢相關(guān)的東西，我們都在使用十進(jìn)制，包括我們?cè)趯W(xué)習(xí)數(shù)學(xué)課程的時(shí)候，最經(jīng)常用到的也是十進(jìn)制。十進(jìn)制也就是基數(shù)為10，逢10進(jìn)1。在十進(jìn)制中，一共使用10個(gè)不同的數(shù)字符號(hào)，這些符號(hào)處于不同位置時(shí)，其權(quán)值各不相同。
(2)二進(jìn)制 基數(shù)為2，逢2進(jìn)1。在二進(jìn)制中，使用0和1兩種符號(hào)。
比如:
1+1=10(這里的10是二進(jìn)制的2) 1+0=1 11+1=100(這里的100是二進(jìn)制的4)
如何算的呢？
如下：
(3)十六進(jìn)制 基數(shù)為16，逢16進(jìn)1。十六進(jìn)制使用16種不同的符號(hào)，它們與二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換關(guān)系為： 0：0000 1：0001 2：0010 3：0011 4：0100 5：0101 6：0110 7：0111 8：1000 9：1001 A：1010 B：1011 C：1100 D：1101 E：1110 F：1111
以上的計(jì)算，我們可以使用Window自帶的計(jì)算機(jī)來進(jìn)行驗(yàn)證，如何使用？
在程序----->附件中找到計(jì)算器，如圖3-1-1所示，這個(gè)就是我們電腦附件自帶的計(jì)算器，它的功能很強(qiáng)大。
圖3-1-1 window系統(tǒng)自帶的計(jì)算器
點(diǎn)擊查看，選擇程序員，如圖3-1-2，我們就可以使用這個(gè)便捷的工具來計(jì)算了。
圖3-1-2 選擇程序員專用的計(jì)算器
(4)接下來，我們來看一個(gè)例子，如何將字符串中的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)，或者將十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制數(shù)的算法。
1#include
編譯運(yùn)行結(jié)果，如圖3-1-3所示。
圖3-1-3 10進(jìn)制數(shù)與16進(jìn)制數(shù)互轉(zhuǎn)的結(jié)果
當(dāng)然，嵌入式軟件的開發(fā)基礎(chǔ)遠(yuǎn)不止上述內(nèi)容，但最最基礎(chǔ)的也往往逃不過這些內(nèi)容。
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