详解STM32单片机的堆栈

  学习STM32单片机的时候，总是能遇到“堆栈”这个概念。分享本文，希望对你理解堆栈有帮助。

    对于了解一点汇编编程的人，就可以知道，堆栈是内存中一段连续的存储区域，用来保存一些临时数据。堆栈操作由PUSH、POP两条指令来完成。而程序内存可以分为几个区：

• 栈区（stack）

• 堆区（Heap）

• 全局区（static）

• 文字常亮区程序代码区

    程序编译之后，全局变量，静态变量已经分配好内存空间，在函数运行时，程序需要为局部变量分配栈空间，当中断来时，也需要将函数指针入栈，保护现场，以便于中断处理完之后再回到之前执行的函数。
    栈是从高到低分配，堆是从低到高分配。

普通单片机与STM32单片机中堆栈的区别
    普通单片机启动时，不需要用bootloader将代码从ROM搬移到RAM。

    但是STM32单片机需要。

    这里我们可以先看看单片机程序执行的过程，单片机执行分三个步骤：

• 取指令

• 分析指令

• 执行指令

    根据PC的值从程序存储器读出指令，送到指令寄存器。然后分析执行执行。这样单片机就从内部程序存储器去代码指令，从RAM存取相关数据。

    RAM取数的速度是远高于ROM的，但是普通单片机因为本身运行频率不高，所以从ROM取指令慢并不影响。

    而STM32的CPU运行的频率高，远大于从ROM读写的速度。所以需要用bootloader将代码从ROM搬移到RAM。

    使用栈就象我们去饭馆里吃饭，只管点菜（发出申请）、付钱、和吃（使用），吃饱了就走，不必理会切菜、洗菜等准备工作和洗碗、刷锅等扫尾工作，他的好处是快捷，但是自由度小。使用堆就象是自己动手做喜欢吃的菜肴，比较麻烦，但是比较符合自己的口味，而且自由度大。

    其实堆栈就是单片机中的一些存储单元，这些存储单元被指定保存一些特殊信息，比如地址（保护断点）和数据（保护现场）。

    如果非要给他加几个特点的话那就是：

• 这些存储单元中的内容都是程序执行过程中被中断打断时，事故现场的一些相关参数。如果不保存这些参数，单片机执行完中断函数后就无法回到主程序继续执行了。

• 这些存储单元的地址被记在了一个叫做堆栈指针（SP）的地方。

结合STM32的开发讲述堆栈

    从上面的描述可以看得出来，在代码中是如何占用堆和栈的。可能很多人还是无法理解，这里再结合STM32的开发过程中与堆栈相关的内容来进行讲述。

    如何设置STM32的堆栈大小？

    在基于MDK的启动文件开始，有一段汇编代码是分配堆栈大小的。

    这里重点知道堆栈数值大小就行。还有一段AREA（区域），表示分配一段堆栈数据段。数值大小可以自己修改，也可以使用STM32CubeMX数值大小配置，如下图所示。

    STM32F1默认设置值0x400，也就是1K大小。

Stack_Size EQU 0x400

    函数体内局部变量：

void Fun(void){ char i; int Tmp[256]; //...}

    局部变量总共占用了256*4 + 1字节的栈空间。所以，在函数内有较多局部变量时，就需要注意是否超过我们配置的堆栈大小。

    函数参数：

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)

    这里要强调一点：传递指针只占4字节，如果传递的是结构体，就会占用结构大小空间。提示：在函数嵌套,递归时，系统仍会占用栈空间。

    堆（Heap）的默认设置0x200（512）字节。

Heap_Size EQU 0x200

    大部分人应该很少使用malloc来分配堆空间。虽然堆上的数据只要程序员不释放空间就可以一直访问，但是，如果忘记了释放堆内存，那么将会造成内存泄漏，甚至致命的潜在错误。

MDK中RAM占用大小分析

    经常在线调试的人，可能会分析一些底层的内容。这里结合MDK-ARM来分析一下RAM占用大小的问题。在MDK编译之后，会有一段RAM大小信息：

    这里4+6=1640，转换成16进制就是0x668，在进行在调试时，会出现：

    这个MSP就是主堆栈指针，一般我们复位之后指向的位置，复位指向的其实是栈顶：

    而MSP指向地址0x20000668是0x20000000偏移0x668而得来。具体哪些地方占用了RAM，可以参看map文件中【Image Symbol Table】处的内容：