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2020年03月29日 | 深入分析MCU堆栈的作用，以及该如何设置堆栈大小
2020-03-29 来源：eefocus
前段时间分享文章《STM32的启动流程到底是怎样的？》之后，很多朋友问了关于堆栈的问题。今天就写点相关内容，让大家进一步了解堆栈的知识。
1写在前面
我们都知道堆栈位于RAM中，现在MCU的RAM相对较大（几十上百K），所以分配的堆栈也是足够大，很多人都不怎么关注这个堆栈的大小。
但是，以前MCU的RAM比较小，甚至1K都不到，所以，以前的工程师就比较关心堆栈的大小。
对于小项目而言，可能我们不用关心堆栈大小。
但是，如果项目大了，你就要注意了，你堆栈大小设置不合理，很有可能导致Fault。
想要知道堆栈有多大才合适，你就需要明白堆栈的作用，下面让大家进一步了解堆栈。
2关于堆栈的基础知识
我们先看一下两点经典的知识。
1.程序的内存分配
一个由C/C 编译的程序占用的内存分为以下几个部分：
栈区（stack）：由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
堆区（heap）：一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式类似于链表。
全局区（静态区）（static）：全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
文字常量区：常量字符串就是放在这里的，程序结束后由系统释放。
程序代码区：存放函数体的二进制代码。
2.经典例子程序
int a = 0; //全局初始化区
char *p1; //全局未初始化区
main()
{
int b; //栈
char s[] = "abc"; //栈
char *p2; //栈
char *p3 = "123456"; //123456 在常量区，p3在栈上。
static int c =0；//全局（静态）初始化区
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20); //分配得来得10和20字节的区域就在堆区。
strcpy(p1, "123456"); //123456 放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"优化成一个地方。
}
3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。
1.如何设置STM32的堆栈大小？
这个问题在文章《STM32的启动流程到底是怎样的？》中，讲述了在MDK-ARM、IAR EWARM，以及使用STM32CubeMX设置堆栈大小的方法。
2.栈（Stack）
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。
3.堆（Heap）
Heap_Size EQU 0x200
默认设置0x200（512）字节。
我们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。
4拓展：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：
这个大小为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，复位执向的其实是栈顶：
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：
当然，关于map文件详细分析，可以看我系列教程《Keil系列教程12_map文件全面解析》。
关于堆栈，其实还有很多知识可以拓展，比如：堆栈入栈、出栈，向上、向下增长方式，大小端等。大家可以自己上网了解。
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