嵌入式_堆栈、BSS段、代码段、数据段/RO、RW、ZI

提示：这里只针对ARM嵌入式系统所说，PC端和其他系统不议

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嵌入式_堆栈、BSS段、代码段、数据段/RO、RW、ZI
前言
一、代码态
二、存储态
三、运行态
四、运行过程
总结

前言

刚好做单片机的相关项目，学习到基础内容，主要写个博客帮助自己总结和梳理知识，根据自己的理解和逻辑重新梳理顺序的，欢迎指正。

一、代码态

代码态就是使用keil-MDK编译出来的准备烧录的二进制文件，现在只是文件，既没有烧录更没有运行。
例如使用keil编译的工程，打开.map文件最底下显示如图：

==============================================================================Total RO  Size (Code + RO Data)                10824 (  10.57kB)Total RW  Size (RW Data + ZI Data)              2960 (   2.89kB)Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)      11100 (  10.84kB)==============================================================================

Code（代码部分）：一般是程序执行代码部分，编译器生成的机器指令（指令又包含操作码和操作数，此处不细说）。
RO_data（read only）: 程序中用到的除了内联数据的只读数据，全局变量，典型为const修饰的全局变量，（注：要区别于下述的：RO）
RW_data（ReadWrite）:可读写数据部分，初始化不为0的全局变量和static修饰的静态变量（包含全局变量和局部变量），这些数据运行时候长驻RAM区执行读写操作。
ZI_data（zero）:未初始化或初始化为0的全局变量和静态变量（包含全局变量和局部变量），与RW_data的区别是初始化赋的值，运行是和RW_data一样。

实验：可以使用keil手动编写一个C语言程序，初始化和不初始化或初始化为0的全局变量，静态变量和只读变量然后查看map文件信息。该实验参见我的另一篇博客:https://blog.csdn.net/Yin_w/article/details/129541728

二、存储态

存储状态就是烧录到机器而没有运行的二进制文件，可以是Flash或ROM。
RO：Total RO Size (Code + RO Data)，只读数据，存储在ROM或Flash中，运行时被加载到RAM区
RW：Total RW Size (RW Data + ZI Data)，读写数据
ROM：Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)，烧录/下载程序到Falsh或者ROM时，所占的最小空间

剩下的ZI_data不被包含到ROM中，是因为初始化值是零，只需要在RAM中执行时将ZI_data所在区域擦除即可

三、运行态

程序运行时候涉及的概念比较多，如图是在RAM中运行时的数据与存储位置的状态（根据框架不同，有些数据也在ROM中运行，此处不细说），运行时将ROM中的代码数据和只读数据分别加载到RAM的text代码段和data段中。
保留区：一般是出厂信息或者编码信息
text代码段：指令将RO中的程序代码加载到此处，
静态存储区：静态存储区分为.bss段和.data段；RO中的RO_data只读数据和RW中的RW_data数据会被加载到此处的.data段，而游离的ZI_data数据此时被加载到.bss区。
Heap堆区：用于存放进程运行中被动态分配的内存段，其大小不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc堆区域被扩张，调用free堆区被缩减。
Stack栈区：用户存放程序临时创建的局部变量。函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的后进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场
内核区：内核运行的区域，此处不细说

注意：我们一般说的堆栈是指的栈区：堆是堆，栈是栈，堆栈是栈
二者的区别总结为：
A.分配方式不同:栈由操作系统自动分配释放；堆的申请和释放工作由程序员手动控制；
B.生长方向不同:堆内存地址由低到高（向上）；栈的内存地址由高到低（向下);
C.存放内容不同:栈动态存放函数返回地址、参数、局部变量和寄存器值等。堆顶一字节存放堆的大小，堆中具体内容由程序员填充。
D.存在状态不同:程序运行时候，栈区随程序运行状态而动态变化，堆区则是静态的，申请则有，改写则变，释放则无

四、运行过程

由运行态和存储态可以知道，烧录到ROM中的二进制文件和运行的程序并不一致，这就需要知道程序运行过程是怎样的。
1.首先从存储态将RW从ROM中搬到RAM中，因为RW是变量，变量不能存在ROM中。
2.将ZI所在的RAM区域全部清零，因为ZI区域并不在Image中，所以需要程序根据编译器给出的ZI地址及大小来将相应得RAM区域清零。ZI中也是变量，同理：变量不能存在ROM中
在程序运行的最初阶段，RO中的指令完成了这两项工作后C程序才能正常访问变量。否则只能运行不含变量的代码。
根据以上概念、各个阶段程序数据和存储位置的映射关系，合成理解图如图所示：
浅黄色部分的code和RO_data文字颜色为灰色，表示可能发生在ROM，也可能发生在RAM，根据架构不同而不同

总结

如有错误，欢迎指正，原创不易，转载留名！

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