MCU内存架构深度解析：Flash、RAM及代码与变量存储详解——.rodata、.text、heap、stack、.bss、.data、code与RO-data、RW-data、ZI-data探究

1. MCU 内存概述

1.1 MCU 内存计算

以 STM32F103CBT6 为例，在 Keil 中可以看见，该款型号 MCU 的 Flash, RAM 大小为：

​ 可以看出 Flash 的地址范围为 0x08000000 ~ 0x08010000，大小为 0x10000（16⁴ byte = 2¹⁶ byte,所以为 2⁶ KB = 64 KB）,同理 RAM 的地址范围为 0x20000000 ~ 0x20005000，大小为 0x5000（5 * 16³ byte = 5 * 2¹² byte,所以为 5 * 2² KB = 20 KB）

1.2 内存分布结构

程序的典型内存分布：

​ stm32 由于是 32 位地址总线，所以地址位用八位十六进制数表示（16⁸ = 2³²）。

pgsql复制编辑+------------------+ 0x08010000 （Flash 结束）
|      .rodata    |  只读数据（Flash）
+------------------+
|      .text      |  代码段（Flash）
+------------------+ 0x08000000 （Flash 起始）

+------------------+ 0x20005000 （RAM 结束）
|       Heap      |  动态分配（malloc）
+------------------+
|       Stack     |  栈（局部变量、返回地址）
+------------------+
|      .bss       |  未初始化数据（RAM）
+------------------+
|      .data      |  已初始化全局变量（RAM）
+------------------+ 0x20000000 （RAM 起始）

注意：

1. .text 和 .rodata 只能存放在 Flash（代码和只读常量）。
2. .data 段在 Flash 里存有初值，但运行时会被复制到 RAM。
3. .bss 段不会占用 Flash，但会在 RAM 里初始化为 0。
4. 栈和堆共享 RAM，栈 Stack 从 高地址 0x20005000 向低地址 方向增长，堆 Heap 从 低地址 0x20000000 向高地址 方向增长。
5. 当 Stack 和 Heap 彼此增长到一个临界点（即二者相遇），就会导致 Stack Overflow（栈溢出）。

2.ARM 编译器中的存储字段

​ 在 Keil 或 ARM GCC 编译器的 Program Size 统计信息中，列出了四个关键字段：

示例：Keil 编译器的存储统计

​ 上图显示了，该程序的内存统计信息如下：

3. 存储区域的详细解析

​ MCU 代码和变量在存储时会被划分到不同的区域，各个区域用途如下：

3.1 .text段（存储 code）

void func(void) {  // func 的指令代码存放在 .text 段
    // do something
}

3.2 .rodata 段 （存储 RO-data，Read-Only Data）

const char message[] = "Hello, World!";

3.3 .data 段（存储 RW-data，Read-Write Data ）

存储内容：存放已初始化的全局变量/静态变量。

存储位置：

所以已初始化的全局变量会同时占用 Flash 和 RAM 的内存空间

int a = 10;    // 存放在 .data 段（Flash + RAM）
static int b = 20;  // 也存放在 .data 段（Flash + RAM）

3.4 .bss 段（存储 ZI-data，Zero Initialized Data ,）

int global_var;        // 存放在 .bss 段，自动初始化为 0
static int static_var; // 也是 .bss 段，自动初始化为 0

3.4 堆（Heap）和栈（Stack）

​ 除了上述四个标准段，MCU 运行时还包含 堆（Heap） 和 栈（Stack），它们都位于 RAM，但用法不同。

示例：

void foo(void) {
    int local_var = 10;    // local_var 在栈（stack）
    int *ptr = malloc(10); // malloc 分配的内存在堆（heap）
}

4. 代码优化建议

4.1 尽可能使用 const 修饰全局变量：

const int lookup_table[] = {1, 2, 3, 4}; // 存在 Flash，而不是 RAM

4.2 避免全局变量初始化为 0

int a = 0;  // 额外占用 Flash
int b;      // 更节省空间，存放在 .bss，自动初始化为 0

4.3 避免 malloc()，使用静态分配

// 避免动态分配，改为静态数组
int buffer[256];

5. 总结

Code（.text）：存放程序代码（存储在 Flash）。

RO-data（.rodata）：存放只读数据（存储在 Flash）。

RW-data（.data）：存放已初始化的全局变量（Flash 复制到 RAM）。

ZI-data（.bss）：存放未初始化的全局变量（RAM，上电后自动清零）。

Heap（堆）：malloc() 动态分配内存（RAM）。

Stack（栈）：存放局部变量、函数调用（RAM）。

ROM (Flash) size = Code + Ro-data + rw-data;

RAM size = Rw-data + zi-data

作者：电科周杰伦