这篇文章是搜集了许多的帖子和资料，按照本人的理解写出来的。在文章末尾会将参考的帖子和资料标明，如果有什么错误和表达不当，希望读者能够指出。
简介：从内存角度，搞清楚C代码是怎样作用于单片机的。
问题：
- 了解单片机的内存，众所周知单片机是取指执行，那么单片机从哪里取指的？所执行的数据又放在在哪里？
- C代码是以什么样的形式进入到单片机内存中的？进入到了单片机内存的哪个位置？
- 从C编译器到单片机的执行，程序经历了怎样的变化。
- 在执行的过程中，内存中有怎样的变化？
目录
单片机内的存储区域
不同的MCU的内核不同，所对应的RAM和ROM区域也不相同，存放代码和数据的方式也有所区别。在这里仅以Cortex-M4的参考手册为例，简单介绍一下单片机内部的存储机制。
下图是Cortex-M4内核的地址映射，注意到图中标红的Code和SRAM两个区域。这两个区域是单片机下载代码和数据后存放的位置。
Code以0x00000000开始的一片ROM（FLASH）区域，SRAM是以0x20000000开始的一片RAM区域，SRAM的读取速度相比于Code更快，用来保留堆栈和数据，保证CPU的执行效率。
这里要注意，Code是从0x00000000开始，但是我们的代码是从0x08000000开始，因为前面由厂家配置，boot程序之类的东西。
C程序 -> 可执行文件
单片机能够直接执行机器码，也就是可执行文件。C程序经过编译链接之后获得可执行文件。
C代码经过编译、链接之后成为可执行文件。之后装入单片机的FLASH中，由单片机执行可执行文件。
这里的FLASH指的就是Code区域，FLASH是ROM的最新技术，结构简单功耗低，很适合保存程序。
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编译过程包括预处理、解析、优化，生成目标文件，
- 预处理阶段将删除注释、插入被#include指令包含的文件内容、定义和替换由#define指令定义的符号，以及确定代码的部分内容是否应该根据一些条件编译指令进行编译。
- 解析阶段检查语法，判断语义，生成汇编语言。
- 优化是为了让程序能够更加高效的运行，对目标代码进行进一步处理。
链接过程是将编译所生成的各个目标文件同C函数库捆绑，形成一个可执行程序。
执行的第一步是将程序下载到单片机的FLASH中，第二步是正式执行。
单片机下载程序，保存到内存中
上面提到过，单片机下载代码保存在FLASH里面，那么在FLASH中又是以什么样的结构存在的呢？这时我们可以参考工程中的.map文件。
编译后keil会自动生成map文件保存于工程中。看map文件之前，我们需要了解一些概念。
下载到单片机的文件，包含以下内容：
Code：代码占用的空间
RO-data：Read Only 只读常量
RW-data：Read Write 初始化后的全局/静态变量
ZI-data：Zero Initialize 没有初始化的静态/全局变量
单片机的数据和代码被分成段，保存在内存中：
栈：存放程序的活动记录，随用随丢，用完就释放掉。
????????函数参数；局部变量；函数调用上下文
堆：存放动态分配的内存，由开发者负责申请和释放，关键字为malloc，free
.bss段：存放未初始化的静态或者全局变量所需空间大小
?? ?未初始化的全局或静态不分配数据空间，只记录所需空间大小.data段：存放已经初始化的静态或者全局变量以及它们的值
?? ?分配数据空间，数据保存在目标文件中；data段包含经过初始化的全局变量以及它们的值.rodata段：存放只读变量，如字符串
.text段：存放代码程序段
之前把RO、RW和.bss、.text之间的关系理解成了程序静态存储时的状态和动态运行时的状态，但是map文件中明确标明了bss这些段保存在FLASH中，说明静态的时候bss这些概念已经有了，于是推翻了这个想法。后来也有想过操作系统和裸机之间的区别，但是我这程序就是裸机程序，map文件中也分了段，也被推翻了。
现在对于这两类说法，我的理解（不一定正确）：从不同的角度去给划分代码数据，这两方的范围有重合，但是没有逻辑关系。将代码和数据分成段保存在单片机对应的区域内，最后按照RW、RO这种计算出来数据大小打印在map文件的末尾。
回到map文件这边， .map文件中包含工程的内存映射和对应段的大小。在keil配置中勾选了对应项，编译之后map文件中才会包含。
?设定的RAM和ROM空间大小，注意ROM从0x08000000开始，RAM从0x20000000开始。
?这个表格是截了一位博主的，他写的很详细。帖子链接在这里👉链接[4]
接下来从map文件找相关的说一下。
?Image Symbol Table：映射符号表
keil勾选项：Symbols
Local Symbols：局部变量
从上到下依次的顺序为：
常量.constdata
????????常量所保存的地址是从0x0800开始，常量之前是代码段，也就是保存boot和用户代码的地方。这部分内容保存在FLASH中，不会被改变，在运行的时候也不发生变化。
数据.data
??????? 里面存放已经初始化的全局变量和静态变量，在单片机上电了之后这部分被拷贝到SRAM中。
.bss
????????未初始化的全局或静态不分配数据空间。因为没有被初始化，所以只记录这些全局变量所占据的大小，单片机上电之后，拷贝到SRAM中，全部分配0值即可。
栈STACK
??????? 申请的栈的大小
.bss
??????? 在这段.bss请看下面的全局变量，就是用户申请mem1base的空间的大小。
Global Symbols：全局变量
mem1base是使用melloc函数申请的空间，保存在堆内，也就是SRAM中，那么地址就是0x20000000开始。
?Memory Map：内存映射
keil勾选项：Memory Map
这部分就是内存映射，程序入口，以及从keil中配置的ROM大小。
Image component sizes：存储组成大小
最后map文件结尾，会将所有的数据统计起来，给一个总表。
根据map文件中的内容，不难得出，我们的程序和数据都保存在FLASH中。
也就是说单片机将程序下载到FLASH里面，按照【代码-常量-有初值的变量-无初值的变量】的顺序保存起来。对于未初始化的变量保存其大小，之后统一给0值。
map中的内存映射部分标明了文件映射到的物理地址，这部分是按照keil中配置的ROM和RAM来的。
单片机运行过程中FLASH和SRAM的变化
现在我们已经了解了单片机下载程序保存在哪里，代码和数据对应哪些区域，这些区域映射到内存中哪些位置。关于静态的部分已经足够了解，那么在程序运行之后，内存中又会发生哪些变化呢？
FLASH是ROM存储器，在工作的情况下只能用来读，不能立刻写出或者修改内容，因此我们在程序运行之前需要把数据移到SRAM中，这是一种读写速度块，掉电不保存的存储器。
上电之后拷贝FLASH里面的数据到SRAM中，在SRAM创建堆栈运行程序，程序运行过程在SRAM，而不再对FLASH中的RW-data进行改动。
等程序下一次上电时，再次将FLASH中的数据拷贝到SRAM中，保证FLASH数据的原始状态。
???????
????????总的来说，对于以Cortex-M4为内核的芯片，C程序在Keil中经过编译运行获得可执行文件，由单片机下载保存到内存中，此时代码和数据按照其属性（全局、静态）被划分成段保存于FLASH对应的空间内，数据和代码保存到同一空间内，对应CPU的哈佛结构。
??????? 单片机复位上电之后，FLASH中的读写数据会被拷贝到SRAM中，并在SRAM中建立堆栈运行程序。断电之后，SRAM中的数据掉电丢失，而FLASH中的数据等到下一次上电再次拷贝到SRAM中。
参考来源：
《C与指针》
《ARM Cortex-M4权威指南》
《ARM Cortex-M4内核参考手册》
[1] https://www.cnblogs.com/LittleTiger/p/4812523.html
[2] https://www.cnblogs.com/shirishiqi/p/5545085.html
[3] https://docs.microsoft.com/zh-cn/cpp/c-language/c-language-syntax-summary?view=msvc-160
[4] https://blog.csdn.net/shazip/article/details/97650139
[5] https://www.cnblogs.com/39950436-myqq/p/11387179.htm
[6] https://blog.csdn.net/qq_28877125/article/details/108662427