[嵌入式] 变量存储重温与Clion编辑器的学习与实践

正常的程序在内存中通常分为程序段、数据段、堆栈三部分。
程序段里放着程序的机器码、只读数据，这个段通常是只读，对它的写操作是非法的。
数据段放的是程序中的静态数据。
堆栈是内存中的一个连续的块。一个叫堆栈指针的寄存器（SP）指向堆栈的栈顶。堆栈的底部是一个固定地址。堆栈有一个特点就是，后进先出。也就是说，后放入的数据第一个取出。它支持两个操作，PUSH和POP。PUSH是将数据放到栈的顶端，POP是将栈顶的数据取出。动态数据存放在堆栈中。
存储区图解为：

二、Ubuntu，stm32开发板编程，输出信息进行验证

1、Ubuntu上验证

代码为:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
//定义全局变量
int init_global_a = 1;
int uninit_global_a;
static int inits_global_b = 2;
static int uninits_global_b;
void output(int a)
{
	printf("hello");
	printf("%d",a);
	printf("\n");
}

int main( )
{   
	//定义局部变量
	int a=2;
	static int inits_local_c=2, uninits_local_c;
    int init_local_d = 1;
    output(a);
    char *p;
    char str[10] = "lyy";
    //定义常量字符串
    char *var1 = "1234567890";
    char *var2 = "qwertyuiop";
    //动态分配
    int *p1=malloc(4);
    int *p2=malloc(4);
    //释放
    free(p1);
    free(p2);
    printf("栈区-变量地址\n");
    printf("                a：%p\n", &a);
    printf("                init_local_d：%p\n", &init_local_d);
    printf("                p：%p\n", &p);
    printf("              str：%p\n", str);
    printf("\n堆区-动态申请地址\n");
    printf("                   %p\n", p1);
    printf("                   %p\n", p2);
    printf("\n全局区-全局变量和静态变量\n");
    printf("\n.bss段\n");
    printf("全局外部无初值 uninit_global_a：%p\n", &uninit_global_a);
    printf("静态外部无初值 uninits_global_b：%p\n", &uninits_global_b);
    printf("静态内部无初值 uninits_local_c：%p\n", &uninits_local_c);
    printf("\n.data段\n");
    printf("全局外部有初值 init_global_a：%p\n", &init_global_a);
    printf("静态外部有初值 inits_global_b：%p\n", &inits_global_b);
    printf("静态内部有初值 inits_local_c：%p\n", &inits_local_c);
    printf("\n文字常量区\n");
    printf("文字常量地址     ：%p\n",var1);
    printf("文字常量地址     ：%p\n",var2);
    printf("\n代码区\n");
    printf("程序区地址       ：%p\n",&main);
    printf("函数地址         ：%p\n",&output);
    return 0;
}

其结果为：

2、stm32开发板上运行（之前验证串口通信的代码，可以在网上下载）

main.c中的代码：

#include "stm32f10x.h"
#include "bsp_usart.h"  //添加 bsp_usart.h 头文件

int init_global_a = 1;
int uninit_global_a;
static int inits_global_b = 2;
static int uninits_global_b;

void output(int a)
{
	printf("hello");
	printf("%d",a);
	printf("\n");
}

int main(void)
{	
	//定义局部变量
	int a=2;
	static int inits_local_c=2, uninits_local_c;
	int init_local_d = 1;
	char *p;
	char str[10] = "lyy";
	//定义常量字符串
	char *var1 = "1234567890";
	char *var2 = "qwertyuiop";
	//动态分配
	int *p1=malloc(4);
	int *p2=malloc(4);
	USART_Config();//串口初始化
	output(a);
	//释放
	free(p1);
	free(p2);
	printf("栈区-变量地址\n");
	printf("                a：%p\n", &a);
	printf("                init_local_d：%p\n", &init_local_d);
	printf("                p：%p\n", &p);
	printf("              str：%p\n", str);
	printf("\n堆区-动态申请地址\n");
	printf("                   %p\n", p1);
	printf("                   %p\n", p2);
	printf("\n全局区-全局变量和静态变量\n");
	printf("\n.bss段\n");
	printf("全局外部无初值 uninit_global_a：%p\n", &uninit_global_a);
	printf("静态外部无初值 uninits_global_b：%p\n", &uninits_global_b);
	printf("静态内部无初值 uninits_local_c：%p\n", &uninits_local_c);
	printf("\n.data段\n");
	printf("全局外部有初值 init_global_a：%p\n", &init_global_a);
	printf("静态外部有初值 inits_global_b：%p\n", &inits_global_b);
	printf("静态内部有初值 inits_local_c：%p\n", &inits_local_c);
	printf("\n文字常量区\n");
	printf("文字常量地址     ：%p\n",var1);
	printf("文字常量地址     ：%p\n",var2);
	printf("\n代码区\n");
	printf("程序区地址       ：%p\n",&main);
	printf("函数地址         ：%p\n",&output);
	return 0;
}

结果为：

通过对比结果可以发现：Ubuntu在栈区和堆区的地址值都是从上到下逐渐增大的，stm32的栈区的地址值是从上到下逐渐减小的，堆区则是从上到下逐渐增大的。从每个区来看，地址值是从上到下逐步减小的，即栈区的地址是高地址，代码区的地址是处于低地址。

3、stm32数据的存储位置

RAM：

? ? ? ? RAM又称随机存取存储器，存储的内容可通过指令随机读写访问。RAM中的存储的数据在掉电是会丢失，因而只能在开机运行时存储数据。其中RAM又可以分为两种，一种是Dynamic RAM(DRAM动态随机存储器),另一种是Static RAM(SRAM,静态随机存储器)。

ROM：

? ? ? ? ROM又称只读存储器，只能从里面读出数据而不能任意写入数据。ROM与RAM相比,具有读写速度慢的缺点。但由于其具有掉电后数据可保持不变的优点，因此常用也存放一次性写入的程序和数据，比如主版的BIOS程序的芯片就是ROM存储器。

4、不同数据的存放位置

? ? ? ? 由前面的分析我们知道，代码区和常量区的内容是不允许被修改的，ROM（STM32就是Flash Memory）也是不允许被修改的，所以代码区和常量区的内容编译后存储在ROM中。而栈、堆、全局区（.bss段、.data段）都是存放在RAM中。

5、查看stm32地址的分配

?从图片中可以看出ROM的地址分配是从0x8000000开始，整个大小为0x40000，这个部分用于存放代码区和文字常量区。RAM的地址分配是从0x20000000开始，其大小是0xC000，这个区域用来存放栈、堆、全局区（.bss段、.data段）。与代码结果显示进行对比，也可以看出对应得部分得地址与设置的是相对应的。

三、CLion?

1、Clion介绍

Clion 是一款专门开发 C 以及 C++ 所设计的跨平台的 IDE。它是以 IntelliJ 为基础设计的，包含了许多智能功能来提高开发人员的生产力。
这种强大的 IDE 帮助开发人员在 Linux、OSX 和 Windows 上来开发 C/C++ ，同时它还能使用智能编辑器来提高代码质量、自动代码重构并且深度整合 Cmake 编译系统，从而提高开发人员的工作效率。
CLion 支持 GCC、clang、MinGW、Cygwin 编译器以及 GDB 调试器。提供对 Cmake 支持：包含自动处理 Cmake changes 和 Cmake Targets，更新新创建的 C/C++ 档案以及 Cmake Cache 编辑器。

2、CLion2021安装

官网下载：下载 CLion：适用于 C 和 C++ 的智能跨平台 IDE

?打开下载好的? CLion v2021.2 Winx64.exe 安装文件，点击 Next

点击next

选中以上选项，next，然后点击install。

3、安装MinGW

记下安装路径。

4、安装配置 OpenOCD

进入官网下载：Download OpenOCD for Windows

下载完成后解压，记住存放文件的路径。

5、安装配置 arm-none-eabi-gcc

windows 上到这下载;GNU Toolchain | GNU Arm Embedded Toolchain Downloads – Arm Developer

安装好以后，将安装目录下的 bin 文件夹添加到环境变量

测试是否安装成功
在命令行里用以下语句测试：arm-none-eabi-gcc -v
如下图，有信息输出，那就是装好了

6、打开Clion

点击开始一个试用：start trial,然后去往JetBrains官网注册登录，我登陆的是github用户，则可以领取30天的试用。?

点击创建工程：

配置如下图所示：找到安装的MinGW文件位置

最后点击?OK?即可完成 MinGW 的配置

?7、配置CubeMX和OpenOCD

点击左上角的file，选择settings，

最后点击ok。

?四、利用 CLion 点亮 LED

1、创建工程

用 CLion 创建新工程
选择 STM32CubeMX ，填写好项目要保存的路径，点击?Create?即可

工程创建好后，点击?Open?with?STM32CubeMX，进入 CubeMX

?打开之后，点击左上角的如图位置，进入芯片选择

选择使用 STM32F103C8，之后点击 Start Porject 开始配置

配置 SYS

配置 RCC

配置引脚
设置 PC13 引脚为 GPIO_Output 来点亮 LED 灯。

配置串口 USART1

命名工程文件并设置
Project Name 要重新填写一下(因为换芯片的过程，其实是 Cube 新建了一个 ioc 文件)，建议填写之前的工程名和文件目录，这样就可以把之前不想要的那个 .ioc 文件覆盖掉。
然后" Toolchain/IDE "那里，选择?SW4STM32

最后点击右上角，选择 Yes，生成工程

2、配置 CLion 工程文件

回到 CLion，可以看到出现了如下界面，选择?st_nucleo_f103rb.cfg?文件，并使用

如果回到 CLion之后没有出现如下界面，那就可能是你上一步生成 CubeMX 工程的时候，文件命名和目录选择与之前的不同导致的，只需要重新在 CLion 打开你重新生成的 CubeMX 工程文件目录即可。

寻找 st_nucleo_f103rb.cfg 文件位置
点击左上角如图位置

如下操作：

即可查看到文件目录，如下：

修改 st_nucleo_f103rb.cfg 文件
根据刚才查看到的目录位置打开该文件，将第十行注释掉

第 4 行是选了连接方式是 stlink
第 6 行是选择 swd 通信模式
第 8 行是选择 stm32f1x 的配置文件
第 10 行是选择重启模式，貌似要将其注释起来，不注释掉下载可能失败。

3、添加并编译代码

打开?main.c?文件，在 while 循环里添加使 PC13 引脚 LED 闪烁的代码

代码如下：

while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(500);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(500);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

出现可编译的配置，而且右上角的“小锤子”由暗变亮

?编译运行
点击右上角的“小锤子”，开始运行，结果如下：

?五、烧录运行

找到你保存工程文件夹下的/cmake-build-debug-mingw/? ? .hex文件，进行串行烧录

运行结果为：

六、总结

? ? ? ?对C程序的内存分配有进一步的认识，知道了不同系统下面，区域内的地址值变化是不相同。在Clion点亮灯的实验中，?安装配置clion下的东西很多，同时也花费了我不少时间，在这个过程中，还遇到了一些小的问题，导致编译程序失败，后来重做了几次，完善了一下配置，也就成功了，总来的说，也蛮不容易。