STM32 大小端模式 与 堆栈及其增长方向分析

栈增长和大端/小端问题是和CPU相关的两个问题.

1,首先来看:栈(STACK)的问题.

函数的局部变量,都是存放在"栈"里面,栈的英文是:STACK.STACK的大小,我们可以在stm32的启动文件里面设置,以战舰stm32开发板为例,在startup_stm32f10x_hd.s里面,开头就有:

Stack_Size EQU 0x00000800

表示栈大小是0X800,也就是2048字节.这样,CPU处理任务的时候,函数局部变量做多可占用的大小就是:2048字节,注意:是所有在处理的函数,包括函数嵌套,递归,等等,都是从这个"栈"里面,来分配的.
所以,如果一个函数的局部变量过多,比如在函数里面定义一个u8 buf[512],这一下就占了1/4的栈大小了,再在其他函数里面来搞两下,程序崩溃是很容易的事情,这时候,一般你会进入到hardfault....
这是初学者非常容易犯的一个错误.切记不要在函数里面放N多局部变量,尤其有大数组的时候!

对于栈区,一般栈顶,也就是MSP,在程序刚运行的时候,指向程序所占用内存的最高地址.比如附件里面的这个程序序,内存占用如下图:

图中,我们可以看到,程序总共占用内存:20+2348字节=2368=0X940
那么程序刚开始运行的时候:MSP=0X2000 0000+0X940=0X2000 0940.
事实上,也是如此,如图:

图中,MSP就是:0X2000 0940.
程序运行后,MSP就是从这个地址开始,往下给函数的局部变量分配地址.

再说说栈的增长方向,我们可以用如下代码测试:

//保存栈增长方向
//0,向下增长;1,向上增长.
static u8 stack_dir;

//查找栈增长方向,结果保存在stack_dir里面.
void find_stack_direction(void)
{
static u8 *addr=NULL;//用于存放第一个dummy的地址。
u8 dummy; //用于获取栈地址
if(addr==NULL) //第一次进入
{
addr=&dummy; //保存dummy的地址
find_stack_direction (); //递归
}else //第二次进入
{
if(&dummy>addr)stack_dir=1; //第二次dummy的地址大于第一次dummy,那么说明栈增长方向是向上的.
else stack_dir=0; //第二次dummy的地址小于第一次dummy,那么说明栈增长方向是向下的.
}
}

这个代码不是我写的,网上抄来的,思路很巧妙,利用递归,判断两次分配给dummy的地址,来比较栈是向下生长,还是向上生长.
如果你在STM32测试这个函数,你会发现,STM32的栈,是向下生长的.事实上,一般CPU的栈增长方向,都是向下的.

2,再来说说,堆(HEAP)的问题.

全局变量,静态变量,以及内存管理所用的内存,都是属于"堆"区,英文名:"HEAP"
与栈区不同,堆区,则从内存区域的起始地址,开始分配给各个全局变量和静态变量.
堆的生长方向,都是向上的.在程序里面,所有的内存分为:堆+栈. 只是他们各自的起始地址和增长方向不同,他们没有一个固定的界限,所以一旦堆栈冲突,系统就到了崩溃的时候了.
同样,我们用附件里面的例程测试:

stack_dir的地址是0X20000004,也就是STM32的内存起始端的地址.
这里本来应该是从0X2000 0000开始分配的,但是,我仿真发现0X2000 0000总是存放:0X2000 0398,这个值,貌似是MSP,但是又不变化,还请高手帮忙解释下.
其他的,全局变量,则依次递增,地址肯定大于0X20000004,比如cpu_endian的地址就是0X20000005.
这就是STM32内部堆的分配规则.

3,再说说,大小端的问题.
大端模式：低位字节存在高地址上，高位字节存在低地址上
小端模式：高位字节存在高地址上，低位字节存在低地址上

STM32属于小端模式,简单的说,比如u32 temp=0X12345678;
假设temp地址在0X2000 0010.
那么在内存里面,存放就变成了:
地址 " HEX|
0X2000 0010|78 56 43 12 |

CPU到底是大端还是小端,可以通过如下代码测试:
//CPU大小端
//0,小端模式;1,大端模式.
static u8 cpu_endian;

//获取CPU大小端模式,结果保存在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
}
以上测试,在STM32上,你会得到cpu_endian=0,也就是小端模式.


3,最后说说,STM32内存的问题.
还是以附件工程为例,在前面第一个图,程序总共占用内存:20+2348字节,这么多内存,到底是怎么得来的呢?
我们可以双击Project侧边栏的:Targt1,会弹出test.map,在这个里面,我们就可以清楚的知道这些内存到底是怎么来的了.在这个test.map最后,Image 部分有:
==============================================================================

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字节
112 12 0 0 0 427 led.o
72 26 304 0 2048 828 startup_stm32f10x_hd.o //启动文件,里面定义了Stack_Size为0X800,所以这里是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字节.
384 24 0 8 200 3050 usart.o//usart.c定义了一个串口接收数组buffer,占用200字节.

----------------------------------------------------------------------
1800 278 336 20 2248 216735 Object Totals //总共2248+20字节
0 0 32 0 0 0 (incl. Generated)
0 0 0 2 0 0 (incl. Padding)//2字节用于对其

----------------------------------------------------------------------

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

8 0 0 0 0 68 __main.o
104 0 0 0 0 84 __printf.o
52 8 0 0 0 0 __scatter.o
26 0 0 0 0 0 __scatter_copy.o
28 0 0 0 0 0 __scatter_zi.o
48 6 0 0 0 96 _printf_char_common.o
36 4 0 0 0 80 _printf_char_file.o
92 4 40 0 0 88 _printf_hex_int.o
184 0 0 0 0 88 _printf_intcommon.o
0 0 0 0 0 0 _printf_percent.o
4 0 0 0 0 0 _printf_percent_end.o
6 0 0 0 0 0 _printf_x.o
12 0 0 0 0 72 exit.o
8 0 0 0 0 68 ferror.o
6 0 0 0 0 152 heapauxi.o
2 0 0 0 0 0 libinit.o
2 0 0 0 0 0 libinit2.o
2 0 0 0 0 0 libshutdown.o
2 0 0 0 0 0 libshutdown2.o
8 4 0 0 96 68 libspace.o //库文件(printf使用),占用了96字节
24 4 0 0 0 84 noretval__2printf.o
0 0 0 0 0 0 rtentry.o
12 0 0 0 0 0 rtentry2.o
6 0 0 0 0 0 rtentry4.o
2 0 0 0 0 0 rtexit.o
10 0 0 0 0 0 rtexit2.o
74 0 0 0 0 80 sys_stackheap_outer.o
2 0 0 0 0 68 use_no_semi.o
2 0 0 0 0 68 use_no_semi_2.o
450 8 0 0 0 236 faddsub_clz.o
388 76 0 0 0 96 fdiv.o
62 4 0 0 0 84 ffixu.o
38 0 0 0 0 68 fflt_clz.o
258 4 0 0 0 84 fmul.o
140 4 0 0 0 84 fnaninf.o
10 0 0 0 0 68 fretinf.o
0 0 0 0 0 0 usenofp.o