嵌入式linux开发 (十九) 内存管理(3) STM32F407ZGT6内存管理(MPU-Without)

本文主要是介绍嵌入式linux开发 (十九) 内存管理(3) STM32F407ZGT6内存管理(MPU-Without)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

硬件

正点原子探索者开发板 STM32F407ZET6 cortex-M4 ARMv7

	-内置SRAM:196KBUp to 192+4 Kbytes of SRAM including 64 Kbyte of CCM (core coupled memory) data RAMSROM(用户可编程):1MUp to 1 Mbyte of Flash memory-外扩IS62WV51216:1MB,SRAM,FSMC接口// 为什么不扩展SDRAM,STM32F407 FSMC接口支持SRAM,NAND,NOR,PSRAM. 不支持SDRAM.STM32的高端产品429/439添加了新的外设，SDRAM控制器（FMC总线）24C02:256B,EEPROM,I2C接口W25Q128:16M,NorFlash,SPI接口

硬件对内存的管理

总述系统架构
系统架构分析

8条主控总线,7条被控总线形成的总线矩阵
撇开 DMA MAC USB 3个主控设备
撇开 AHB1 AHB2 等 被控低速设备关注的点有1.CCM RAM(64KB)2.ARM cortex-M43.FLASH4.SRAM1 112KB5.SRAM2 16KB6.FSMC
在撇开 FLASH,ARM cortex-M4. 剩下4个内容:3个片上sram(系统sram)1个FSMC控制器另外,还有1个备份sram(4KB)没有出现在系统架构里

sram

STM32F405xx/07xx 片上带有 4 KB 备份 SRAM（请参见 第 5.1.2 节：电池备份域 ）192 KB 系统 SRAM。 //系统 SRAM 可按字节、半字（16 位）或全字（32 位）访问。读写操作以 CPU 速度执行，且等待周期为 0。备份 SRAM 分为1个块:● 备份域还包括仅可由 CPU 访问的 4 KB 备份 SRAM，可被 32 位、16 位、8 位访问。使能低功耗备份调压器时，即使处于待机或 V BAT 模式，备份 SRAM 的内容也能保留。一直存在 V BAT 时，可以将此备份 SRAM 视为内部 EEPROM。
系统 SRAM 分为3个块:● SRAM1:映射在地址 (0x2000 0000 - 0x2001 BFFF)的 112 KB 块, 可供所有 AHB 主控总线访问。● SRAM2:映射在地址 (0x2001 C000 - 0x2001 FFFF)的 16 KB 块，可供所有 AHB 主控总线访问。● CCM RAM:映射在地址 (0x1000 0000-0x1001 0000)的 64 KB 块，只能供 CPU 通过数据总线访问。

FSMC控制器 — 内存控制器

在这里插入图片描述

0xA000 0000 - 0xA000 0FFF FSMC 控制寄存器
0x6000 0000 - 0x6FFF FFFF 是 sram的地址(256M)
// 实际用的 sram为 一片IS62WV51216,共1M,地址范围为0x6000 0000 - 0x600F FFFF

BOOT配置及内存映射

复位之后,根据BOOT0,BOOT1的配置,形成三种映射方式的一种,然后从0x0000 0000 启动1. 主flash(总述系统架构图 中 Flash的一部分,1MB,0x0800 0000 - 0x080F FFFF)映射到 0x0000 0000 - 0x03FFFFFF(64M) // 主flash : 4 个 16 KB 扇区、1 个 64 KB 扇区和 7 个 128 KB 扇区, 共 1024KB2. SRAM1(112 KB,0x2000 0000 - 0x2001 BFFF)映射到 0x0000 0000 - 0x03FFFFFF(64M)3. 系统flash(总述系统架构图 中Flash的一部分,30KB,0x1FFF 0000 - 0x1FFF 77FF) 映射到 0x0000 0000 - 0x03FFFFFF(64M)注意: FSMC 块1的前两个区域(每个区域64MB)也可以映射到 0x0000 0000 - 0x03FFFFFF(64M) ,但是不能用于启动.(在启动时不会做这个映射)//  0x0400 0000 - 0x07FF FFFF -> 0x0000 0000 - 0x03FFFFFF
-----------------------------------
#### BOOT不同启动设备实际用途1. 主flash : 执行用户代码. sample:led点灯程序2. sram1 : 可用于解锁flash	https://www.cnblogs.com/linux-embedded/p/9462897.html在实验时通过sram启动减少对flash的擦除 https://www.cnblogs.com/alvis-jing/p/3662158.html3. 系统flash : 执行ST烧写的代码,用于通过以下串行接口重新编程 主Flash

软件对内存的管理

参考代码
整体分析

startup_stm32f40_41xxx.s 中有对 栈(stack) 和 堆(heap)的初始化
1. RESET
2. XIP on 主Flash (属于硬件对内存的管理,代码开始之后,就开始了软件对内存的管理,硬件对内存的管理退出舞台)2.1 Reset_Handler2.2 SystemInit // 专门的跳转指令 B、BL、BX、BLX 和 BXJ ,不会使用 .stack2.3 _main
3. 代码执行序列到_main3.1 将 non-root (RO and RW) execution regions 从 加载地址 拷贝到 执行地址.如果data sections被压缩，则将它们从加载地址(加载区域)解压缩到执行地址(执行区域)。//具体实现在(InRoot$$Sections) ------------对应 .code 段 和 .ro-data 段// 其实 RO(RO-data) 的 加载地址 和 执行地址是一样的.都在0x08000000(主Flash上)------------对应 .data 段// RW(RW-data) 加载地址在 0x08000000 + sizeof(RO-data),执行地址在0x20000000(SRAM1)------------对应 .bss 段// ZI(ZI-data) 加载地址在 0x08000000 + sizeof(RO-data),执行地址在0x20000000(SRAM1) // 其实这一段并没有加载,因为加载了也要清0,所以干脆留空.只记录 ZI-data 执行地址的开始地址和结束地址------------对应 .bss 段3.2. 将ZI regions清03.3. 跳转到__rt_entry------------对应 .stack 段 和 .heap段3.3.1. Sets up the stack and the heap by one of a number of means that include calling __user_setup_stackheap() , calling __rt_stackheap_init() , or loading the absolute addresses of scatter-loaded regions.// 栈的初始化不涉及到内存,只涉及到SP寄存器// 堆的初始化涉及到内存, 1.清零堆空间 2.在堆中建立数据结构来对堆进行分块 // 从现在开始,内存分段(软件对内存的布局)已经完成// 下面就开始使用前面代码建立的 .stack .heap .data .bss .code .ro-data 段进行操作3.3.2. Calls __rt_lib_init() to initialize referenced library functions, initialize the locale and, if necessary, set up argc and argv for main() . For C++, calls the constructors for any top-level objects by way of __cpp_initialize__aeabi_ .3.3.3. Calls main() , the user-level root of the application. From main() , your program might call, among other things, library functions.3.3.4. Calls exit() with the value returned by main()

栈

1. 栈大小定义

; Amount of memory (in bytes) allocated for Stack
; Tailor this value to your application needs
; <h> Stack Configuration
;   <o> Stack Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>Stack_Size      EQU     0x00000400AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
Stack_Mem       SPACE   Stack_Size
__initial_sp定义一个宏 Stack_Size  为 0x00000400汇编一段空间(定义数据段),空间名为 STACK,不初始化,可读写， 8(2^3)字节边界对齐。从 STACK(不确定)开辟一段空间给空间STACK,大小为 Stack_Size(0x00000400) 字节,即从(__initial_sp -0x000003FF,__initial_sp),不初始化栈顶标号为__initial_sp ,它根据堆栈大小，由编译器自动生成说明：AREA命令指示汇编器汇编一个新的代码段或者数据段。Contrx-M3的指令地址要求是字边界对齐（4字节），但是代码段是要求8字节边界对齐的。NOINIT：指定此数据段仅仅保留了内存单元，而没有将各初始值写入内存单元，或者将各个内存单元值初始化为0。

1. SP寄存器的初始化

; Vector Table Mapped to Address 0 at ResetAREA    RESET, DATA, READONLYEXPORT  __VectorsEXPORT  __Vectors_EndEXPORT  __Vectors_Size__Vectors       DCD     __initial_sp               ; Top of StackDCD     Reset_Handler              ; Reset Handler
//__Vectors 为 0x00000000
//DCD命令 分配一个双字(32bits)的内存空间,并将 __initial_sp 存入,并4字节对其.
//__initial_sp 为 之前定义的栈的栈顶地址,cortex-m3手册中规定 0x00000000 必须放 栈顶地址

堆

1. 堆大小的定义

; <h> Heap Configuration
;   <o>  Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8>
; </h>Heap_Size       EQU     0x00000200AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit定义一个宏 Heap_Size 为 0x00000200汇编一段空间,空间名为 HEAP,不初始化,可读写,8字节边界对齐__heap_base 为 不确定值从 Heap_Mem (__heap_base ) 开辟一段空间给 HEAP,大小为 Heap_Size(0x00000200)字节,即从(__heap_base - __heap_base+0x000001FF),不初始化堆顶标号 为 __heap_limit(__heap_base+0x000001FF)

1. 堆初始化

Reset_Handler__main__rt_entry__user_setup_stackheap__rt_stackheap_init

栈和堆位置的确定(0x2000 0000 地址附近的符号分布)

在链接完之后,会生成map文件,在map文件中可以查到
__heap_base 和 __initial_sp  的位置, 总的来说位于 SRAM1内(112 KB(0x2000 0000 - 0x2001 BFFF))// __initial_sp                             0x20000738   Data           0  startup_stm32f40_41xxx.o(STACK)
AREA    STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3// STACK                                    0x20000338   Section     1024  startup_stm32f40_41xxx.o(STACK)AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3//  HEAP                                     0x20000138   Section      512  startup_stm32f40_41xxx.o(HEAP)// .bss                                     0x200000d4   Section       96  libspace.o(.bss)// .bss                                     0x2000000c   Section      200  usart.o(.bss)// .data                                    0x20000004   Section        6  usart.o(.data)
fac_ms                                   0x20000002   Data           2  delay.o(.data) // delay.o(.data)
fac_us                                   0x20000000   Data           1  delay.o(.data) // delay.o(.data)// .data                                    0x20000000   Section        4  delay.o(.data)

代码位置的确定(0x0800 0000 地址附近的符号分布)

AREA    |.text|, CODE, READONLY// .text                                    0x08000228   Section       64  startup_stm32f40_41xxx.o(.text)
...
AREA    RESET, DATA, READONLY// RESET                                    0x08000000   Section      392  startup_stm32f40_41xxx.o(RESET)