單片機(jī)中堆棧的作用是什么？

堆棧對(duì)于程序來說非常重要，程序能夠快速運(yùn)行，堆棧起到非常大的作用，但你了解堆棧嗎？

概述

我們都知道堆棧位于RAM中，現(xiàn)在MCU的RAM相對(duì)較大（幾十上百K），所以分配的堆棧也是足夠大，很多人都不怎么關(guān)注這個(gè)堆棧的大小。

但是，以前MCU的RAM比較小，甚至1K都不到，所以，以前的工程師就比較關(guān)心堆棧的大小。

對(duì)于小項(xiàng)目而言，可能我們不用關(guān)心堆棧大小。

但是，如果項(xiàng)目大了，你就要注意了，你堆棧大小設(shè)置不合理，很有可能導(dǎo)致Fault。

想要知道堆棧有多大才合適，你就需要明白堆棧的作用，下面讓大家進(jìn)一步了解堆棧。

關(guān)于堆棧

我們先看一下兩點(diǎn)經(jīng)典的知識(shí)。

1.程序的內(nèi)存分配

一個(gè)由C/C 編譯的程序占用的內(nèi)存分為以下幾個(gè)部分：

棧區(qū)（stack）：由編譯器自動(dòng)分配釋放，存放函數(shù)的參數(shù)值，局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。

堆區(qū)（heap）：一般由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結(jié)束時(shí)可能由OS回收。注意它與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的堆是兩回事，分配方式類似于鏈表。

全局區(qū)（靜態(tài)區(qū)）（static）：全局變量和靜態(tài)變量的存儲(chǔ)是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域。程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

文字常量區(qū)：常量字符串就是放在這里的，程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。

程序代碼區(qū)：存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼。

2.經(jīng)典例子程序

int a = 0;              //全局初始化區(qū)
char *p1;               //全局未初始化區(qū)
main()
{
  int b;                //棧
  char s[] = "abc";     //棧
  char *p2;             //棧
  char *p3 = "123456";  //123456在常量區(qū)，p3在棧上。
  static int c =0；//全局（靜態(tài)）初始化區(qū)
  p1 = (char *)malloc(10);
  p2 = (char *)malloc(20);   //分配得來得10和20字節(jié)的區(qū)域就在堆區(qū)。
  strcpy(p1, "123456");      //123456放在常量區(qū)，編譯器可能會(huì)將它與p3所指向的"123456"優(yōu)化成一個(gè)地方。
}

?單片機(jī)堆棧

從上面的描述可以看得出來，在代碼中是如何占用堆和棧的。

可能很多人還是無法理解，這里再結(jié)合STM32的開發(fā)過程中與堆棧相關(guān)的內(nèi)容來進(jìn)行講述。

1.如何設(shè)置STM32的堆棧大小？

這個(gè)問題在文章《STM32的啟動(dòng)流程到底是怎樣的？》中講述了在MDK-ARM、IAR?EWARM，以及使用STM32CubeMX設(shè)置堆棧大小的方法。

2.棧（Stack）

STM32F1默認(rèn)設(shè)置值0x400，也就是1K大小。

Stack_Size    EQU     0x400

? 函數(shù)體內(nèi)局部變量：

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

局部變量總共占用了256*4 + 1字節(jié)的?？臻g。 ? 所以，在函數(shù)內(nèi)有較多局部變量時(shí)，就需要注意是否超過我們配置的堆棧大小。 ? 函數(shù)參數(shù)：

void HAL_GPIO_Init(GPIO_TypeDef  *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init)

這里要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：傳遞指針只占4字節(jié)，如果傳遞的是結(jié)構(gòu)體，就會(huì)占用結(jié)構(gòu)大小空間。 ? 提示：在函數(shù)嵌套,遞歸時(shí)，系統(tǒng)仍會(huì)占用?？臻g。 ? 3.堆（Heap）

Heap_Size      EQU     0x200

默認(rèn)設(shè)置0x200（512）字節(jié)。 ? 我們大部分人應(yīng)該很少使用malloc來分配堆空間。 ? 雖然堆上的數(shù)據(jù)只要程序員不釋放空間就可以一直訪問，但是，如果忘記了釋放堆內(nèi)存，那么將會(huì)造成內(nèi)存泄漏，甚至致命的潛在錯(cuò)誤。 ?

結(jié)合Keil分析RAM占用大小

經(jīng)常在線調(diào)試的人，可能會(huì)分析一些底層的內(nèi)容。這里結(jié)合MDK-ARM來分析一下RAM占用大小的問題。 ? 在MDK編譯之后，會(huì)有一段RAM大小信息：

? 這個(gè)大小為0x668，在進(jìn)行在調(diào)試時(shí)，會(huì)出現(xiàn)：

? 這個(gè)MSP就是主堆棧指針，一般我們復(fù)位之后指向的位置，復(fù)位執(zhí)向的其實(shí)是棧頂：

? 而MSP指向地址0x20000668是0x20000000偏移0x668而得來。 ? 具體哪些地方占用了RAM，可以參看map文件中【Image Symbol Table】處的內(nèi)容：

? 當(dāng)然，關(guān)于map文件詳細(xì)分析，可以看我系列教程《Keil系列教程12_map文件全面解析》。 ? 關(guān)于堆棧，其實(shí)還有很多知識(shí)可以拓展，比如：堆棧入棧、出棧，向上、向下增長方式，大小端等，大家感興趣可以先上網(wǎng)了解一下。 ?

編輯：黃飛

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