程序的组成、存储与运行

一般 MCU 包含的存储空间有：片内 Flash 与片内 RAM， RAM 相当于内存， Flash 相当于硬盘。编译器会将一个程序分类为好几个部分，分别存储在 MCU 不同的存储区。

一、编译过程

之前分享过C程序的编译过程的笔记：C程序的编译过程是怎样的？

这里先简单看一下MDK的编译过程（它与其它编译器的工作过程是类似的 ）：

(1) 编译， MDK 软件使用的编译器是 armcc 和 armasm，它们根据每个 c/c++和汇编源文件编译成对应的以“.o”为后缀名的对象文件(Object Code，也称目标文件)，其内容主要是从源文件编译得到的机器码，包含了代码、数据以及调试使用的信息； (2) 链接，链接器 armlink 把各个.o 文件及库文件链接成一个映像文件.axf或.elf；

(3) 格式转换，一般来说 Windows 或 Linux 系统使用链接器直接生成可执行映像文件 elf后，内核根据该文件的信息加载后，就可以运行程序了，但在单片机平台上，需要把该文件的内容加载到芯片上，所以还需要对链接器生成的 elf 映像文件利用格式转换器fromelf 转换成.bin或.hex文件，交给下载器下载到芯片的 FLASH 或 ROM 中。

这些编译工具都存在于我们MDK的安装目录下，如：

二、程序的组成、存储及运行

程序在我们的MDK编译后，Build Output 窗口显示信息如下：

Program Size 包含以下几个部分：

1） Code：代码段，存放程序的代码部分； 2） RO-data：只读数据段，存放程序中定义的常量； 3） RW-data：读写数据段，存放初始化为非 0 值的全局变量； 4） ZI-data： 0 数据段，存放未初始化的全局变量及初始化为 0 的变量；

编译完工程会生成一个. map 的文件，该文件说明了各个函数占用的尺寸和地址，在文件的最后几行也说明了上面几个字段的关系，如：

1） RO Size 包含了 Code 及 RO-data，表示程序占用 Flash 空间的大小； 2） RW Size 包含了 RW-data 及 ZI-data，表示运行时占用的 RAM 的大小； 3） ROM Size 包含了 Code、 RO Data 以及 RW Data，表示烧写程序所占用的 Flash 空间的大小；

程序运行之前，需要有文件实体被烧录到 STM32 的 Flash 中，一般是 bin 或者 hex 文件，该被烧录文件称为可执行映像文件。STM32程序内存分布如：

左图是可执行映像文件烧录到 STM32 后的内存分布，它包含 RO 段和 RW 段两个部分：其中 RO 段中保存了Code、 RO-data 的数据， RW 段保存了 RW-data 的数据，由于 ZI-data 都是 0，所以未包含在映像文件中。

STM32 在上电启动之后默认从 Flash 启动，启动之后会将 RW 段中的 RW-data（初始化的全局变量）搬运到 RAM 中，但不会搬运 RO 段，即 CPU 的执行代码从 Flash 中读取，另外根据编译器给出的 ZI 地址和大小分配出 ZI 段，并将这块 RAM 区域清零。

其中动态内存堆为未使用的 RAM 空间，应用程序申请和释放的内存块都来自该空间。如下面的例子：

代码中的 msg_ptr 指针指向的 128 字节内存空间位于动态内存堆空间中。

而一些全局变量则是存放于 RW 段和 ZI 段中， RW 段存放的是具有初始值的全局变量（而常量形式的全局变量则放置在 RO 段中，是只读属性的）， ZI 段存放的系统未初始化的全局变量，如下面的例子：

sensor_value 存放在 ZI 段中，系统启动后会自动初始化成零（由用户程序或编译器提供的一些库函数初始化成零）。 sensor_inited 变量则存放在 RW 段中，而 sensor_enable 存放在 RO 段中。

三、MDK 工程的文件类型