[嵌入式]变量存储重温与使用Clion完成stm32F103 点亮LED的程序

变量存储重温

一、C程序的内存分配

栈区（stack）
由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。
堆区（heap）
一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。它与数据结构中的堆不同，分配方式类似于链表。
全局区（静态区）（static）
全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量、未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。当程序结束后，变量由系统释放 。
文字常量区
存放常量字符串。当程序结束后，常量字符串由系统释放 。
程序代码区
存放函数体的二进制代码。

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

分区对比

注意：
① 随着函数调用层数的增加，函数栈帧是一块块地向内存低地址方向延伸的。
② 随着进程中函数调用层数的减少（即各函数调用的返回），栈帧会一块块地被遗弃而向内存的高址方向回缩。
③ 各函数的栈帧大小随着函数的性质的不同而不等，由函数的局部变量的数目决定。
④ 进程对内存的动态申请是发生在Heap（堆）里的，随着系统动态分配给进程的内存数量的增加，Heap（堆）有可能向高址或低址延伸，这依赖于不同CPU的实现，但一般来说是向内存的高地址方向增长的。
⑤ 在未初始化数据区（BSS）或者Stack（栈区）的增长耗尽了系统分配给进程的自由内存的情况下，进程将会被阻塞，重新被操作系统用更大的内存模块来调度运行。

stm32数据的存储位置
RAM（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)。栈、堆、全局区（.bss段、.data段）都是存放在RAM中。
ROM（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。代码区和常量区的内容是不允许被修改的，所以存放于ROM中。

二、编程验证

1、Ubuntu系统
代码

#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;
}

在Ubuntu上运行

2、STM32（keil）
①keil工程的下载
链接：https://pan.baidu.com/s/1mOLsGuOz1kNnTlIhWGospA
提取码：1234

②函数编写，编译
main.c函数

#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 = "123456";
	char *var2 = "yushu";
	//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;
}

③烧录

④打开串口，点击芯片上的reset，显示输出结果

STM32地址分配

1、可以看出ROM的地址分配是从0x8000000开始，整个大小为0x80000，这个部分用于存放代码区和文字常量区。
2、RAM的地址分配是从0x20000000开始，其大小是0x10000，这个区域用来存放栈、堆、全局区（.bss段、.data段）。

clion编辑器的学习与实践

一、环境安装

1、clion的安装
安装网址：https://www.jetbrains.com/clion/
2、Stm32cubeMX的安装
3、安装arm-none-eabi-gcc
这是用来编译stm32程序的交叉编译工具链
安装网址：https://developer.arm.com/tools-and-software/open-source-software/developer-tools/gnu-toolchain/gnu-rm/downloads
点击下载
输入arm-none-eabi-gcc -v，显示下图信息，即为安装成功
4、安装openocd
安装网址：https://gnutoolchains.com/arm-eabi/openocd/
点击下载

下载之后解压
5、安装MinGW
下载链接：https://pan.baidu.com/s/1Q9lzsIWJJ4_MPThVYDnENg
提取码：qwer
下载之后解压到文件夹下
6、编辑环境变量
右键点击我的电脑，选择属性，选择path，添加环境变量

二、配置Clion

1、新建工程
选择STM32CubeMX，选择项目的保存路径，点击create

2、打开settings，配置toolchains，设置debugger，选择arm-none-eabi-gcc 路径下bin文件夹中的arm-none-eabi-gdb.exe
3、配置cmake，修改toolchain为MinGW
4、配置Embedded Development，OpenOCD location设置为OpenOCD安装目录下bin文件夹中的exe文件，Stm 32CubeMX location设置为cubemx安装目录下的exe文件

三。创建工程

1、点击Open with STM32CubeMX进行工程的创建
2、选择STM32F103C8芯片

3、配置LED流水灯
设置PA8为输出管脚，配置RCC，SYS，Clock configuration
输入名称，Toolchain/IDE设置为SW4STM32

4、回到Clion，选择stm32f103c8_blue_pill.cfg

5、在Core/Src/main.c中添加代码

while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
      HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(500);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_8, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(500);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

6、点击右上角的锤子编译
编译成功如图

7、烧录
8、运行结果

四、参考资料

1、https://blog.csdn.net/m0_58892312/article/details/121866325
2、https://blog.csdn.net/qq_60678931/article/details/121866156
3、https://blog.csdn.net/weixin_45919652/article/details/121866064
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