`ROM`、`RAM`、`FLASH`与内存分区

一、物理存储介质

ROM（Read-Only Memory）- 只读存储器
- 特性：非易失性存储器，内容出厂固化，不可修改（现代系统中常被FLASH替代）。
- 用途：存储BootLoader、固定配置数据。
FLASH
- 特性：非易失性存储器、可擦写。
- 用途：存储程序代码（.text）、常量（.rodata）、中断向量表。
RAM（Random Access Memory）- 随机存取存储器
- 特性：易失性存储器、高速读写，断电数据丢失。
- 用途：存储运行时数据（堆、栈、全局变量、动态内存）。

二、程序内存分区

代码区（.text段）
- 位置：FLASH中，只读不可修改。
- 内容：编译后的机器指令（函数代码）。
- 示例：见文末。
只读数据区（.rodata段）（又称常量区）
- 位置：FLASH中，只读不可修改。
- 内容：const修饰的全局/静态常量、字符串、字符串字面量。
- 示例：见文末。
全局区/静态存储区
- 全局区由.bss(Block Started by Symbol 表示该段由符号（变量名）标记起始位置，存储未初始化的数据块)段和.data段组成，可读可写；位与RAM中。
- 位置：
  - .bss段 – 启动时由启动代码清零
    - 未初始化的全局变量、初始化为0的全局变量、初始化为0的静态变量。
    - 该段不占用可执行文件空间，启动时由操作系统（启动代码）清零，该段仅记录变量的大小和地址。
  - .data段 – 初始值由启动代码从FLASH加载，如.rodata段
    - 已经初始化的全局变量、已经初始化的静态变量（static修饰）。
    - .data段占用可执行文件空间，其内容由程序（程序员）初始化。
    - 程序启动时，启动代码（如 startup_xxx.s）会将这些初始值从 Flash拷贝到该段
- 示例：见文末。
栈区（Stack）
- 位置：RAM中，由编译器自动管理。
- 内容：函数内临时创建的局部变量、函数参数、函数返回值、const定义的局部变量、函数调用时的现场保护（如寄存器状态）。
- 特点：LIFO（后进先出），大小固定（可能溢出）。
- 示例：见文末。
堆区（Heap）
- 位置：RAM中，位于.bss段末尾和栈区之间。
- 内容：动态分配的内存（malloc/free）。
- 特点：手动管理，需防止内存泄漏。
- 示例：见文末。

`IAR`与`KEIL`输出的文件信息

IAR:

MAP文件信息：
29608 bytes of readonly  code memory   [代码，存储于 Flash]
 1360 bytes of readonly  data memory   [常量，存储于 Flash]
 4142 bytes of readwrite data memory   [变量，存储于 RAM]

KEIL:

1. Build Output输出信息：
Program Size: Code=32728 RO-data=368 RW-data=760 ZI-data=3664

2. 在以上数据中：
- Code: 存储代码；   [代码，存储于 Flash]
- Ro-data(Read Only): 存储只读常量，如const修饰的变量；   [常量，存储于 Flash]
- RW-data(Read Write): 存储已初始化的读写变量；   [变量，即在Flash也在RAM中，存储位置具体见下说明]
- ZI-data(Zero Initialze): 存储未初始化或初始化为零的变量；   [变量，存储于 RAM]

3. MAP文件信息：
Total RO  Size (Code + RO Data)             33096 (32.32KB)
Total RW  Size (RW Data + ZI Data)          4424  ( 4.32KB)
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)   33400 (32.62KB)

4. 总结：
RAM = RW Data + ZI Data
ROM/Flash = Code + RO Data + RW Data

1. Code（代码段）

存储位置：Flash（ROM）
内容：编译器生成的机器指令（程序执行代码）。
特性：
- 只读，程序运行时从Flash中直接读取执行。
- 占用Flash空间，不占用RAM。

示例：函数体、中断服务程序等。

2. RO-data（只读数据段）

存储位置：Flash（ROM）
内容，程序中定义的常量数据，如：
const 修饰的全局变量（如 const int sensor_enable = 0xFE;）。
- 字符串常量（如 char* msg = "Hello"; 中的 "Hello"）。
特性：
只读，程序运行时不可修改。
- 占用Flash空间，不占用RAM。
示例：传感器配置常量、固定查找表等。

3. RW-data（读写数据段）

存储位置：
编译时：初始值存储在 Flash（ROM） 中。
- 运行时：程序启动后，启动代码（如 startup_xxx.s）会将初始值从Flash拷贝到 RAM 中。
内容：已初始化的全局变量或静态变量，且初始值非零（如 int global_var = 10;）。
特性：
可读写，程序运行时修改的值存储在RAM中。
- 占用Flash空间（存储初始值）和RAM空间（运行时存储变量值）。
示例：全局配置参数、静态计数器等。

4. ZI-data（零初始化数据段）

存储位置：RAM
内容：未初始化的全局变量或静态变量，或显式初始化为零的变量（如 int global_zero = 0; 或 int global_uninit;）。
特性：
程序启动时，启动代码会将该段所在的RAM区域全部清零（无需从Flash拷贝初始值）。
- 不占用Flash空间，仅占用RAM空间。
示例：未初始化的全局缓冲区、静态标志位等。

三、协作流程与联系

程序启动阶段
- FLASH加载：CPU从FLASH的0x8000000读取中断向量表，执行Reset_Handler。
- RAM初始化：
  - 将FLASH中的.data段初始值复制到RAM。
  - 清零RAM中的.bss段。
- 堆栈初始化：
  - 根据链接脚本设置堆（_heap_start）和栈（_stack_top）的起始地址。
运行时交互
- 代码执行：CPU从FLASH的.text段读取指令。
- 数据访问：
  - 全局变量从RAM的.data或.bss段读写。
  - 常量从FLASH的.rodata段读取。
- 函数调用：
  - 局部变量在栈区动态分配。
  - 递归调用过深可能导致栈溢出（Stack Overflow）。
- 动态内存：通过堆区分配，需手动管理生命周期。
中断处理
- 栈切换：中断触发时，自动使用主栈指针（MSP）或进程栈指针（PSP）。
- 上下文保存：寄存器和返回地址压入栈区。

四、内存布局图示

.png

五、差异总结

区域	存储介质	内容	管理方式	生命周期
代码区 (.text)	FLASH	程序指令、常量字符串	编译器自动分配	永久
.rodata	FLASH	只读全局常量	编译器自动分配	永久
.data	RAM	已初始化全局/静态变量	启动时从FLASH加载	程序运行期
.bss	RAM	未初始化全局/静态变量	启动时清零	程序运行期
堆区 (Heap)	RAM	动态分配内存	手动分配/释放	直到free调用
栈区 (Stack)	RAM	局部变量、函数上下文	编译器自动分配	函数调用期间

六、常见问题

FLASH和ROM的区别？
- ROM是只读存储器，FLASH是可擦写的非易失存储器，现代嵌入式系统中FLASH取代了ROM。
全局变量和静态变量何时初始化？
- 初始化的全局/静态变量在启动时从FLASH加载到RAM的.data段；未初始化的在.bss段，启动时清零。
堆和栈溢出如何检测？
- 栈溢出：通过编译器选项（如GCC的-fstack-protector）或硬件MPU保护。
- 堆溢出：需工具检测（如Valgrind）或自定义内存管理。
中断向量表为何必须放在FLASH起始地址？
- CPU上电后从固定地址（大部分芯片均为0x08000000）读取向量表，若重映射需配置SCB->VTOR。

七、附录

数据存放位置示例

#include <stdio.h>

//宏定义和枚举常量会被当成代码编译进代码段，不占空间
#define PI 3.1415926

typrdef enum
{
	RED,
	GREEN,
	BLUE
}COLOR_ENUM;

static unsigned int val1 = 1; //val1存放在.data段
 
unsigned int val2 = 1; //初始化的全局变量存放在.data段
 
unsigned int val3 ; //未初始化的全局变量存放在.bss段
 
const unsigned int val4 = 1;  //val4存放在.rodata（只读数据段）
 
 
unsigned char Demo(unsigned int num) // num 存放在栈区
{
	char var = "123456";    // var存放在栈区，"123456"存放在常量区
	
	unsigned int num1 = 1 ; // num1存放在栈区
	
	static unsigned int num2 = 0; // num2存放在.data段
 
    const unsigned int num3 = 7;  //num3存放在栈区
 
	void *p;
	
	p = malloc(8); //p存放在堆区
	
	free(p);
 
    return 1;
}
 
void main()
{
	unsigned int num = 0 ;
	num = Demo(num); //Demo()函数的返回值存放在栈区。
}

参考文章

CSDN - RAM明明断电会丢失数据，为什么初始化的全局变量存储在RAM？详细分析程序的存储

博客园 - 内存五大区：（栈、堆、全局静态区、常量区、代码区）（线程、函数栈、栈帧）

CSDN - 单片机内存区域划分

CSDN - RAM、SRAM、DRAM、SDRAM、DDR、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、NAND FLASH、NOR FLASH傻傻分不清楚？一文讲清它们的区别

ROM、RAM、FLASH与内存分区

一、物理存储介质

二、程序内存分区

IAR与KEIL输出的文件信息

三、协作流程与联系

四、内存布局图示

五、差异总结

六、常见问题

七、附录

数据存放位置示例

参考文章

`ROM`、`RAM`、`FLASH`与内存分区

`IAR`与`KEIL`输出的文件信息