嵌入式程序开发——存储器类型与存储区划分，字符串与RAM占用

首先说一下MCU的存储器组织。到本文发布为止，MCU中常使用的存储器类型有：FLASH、RAM、ROM（包括EEPROM）在软件角度来看，程序和数据的存储分为以下几个部分：

存储区划分	说明
代码段	即TextSegment，程序代码主体，函数主体，立即数，字符常量，define的数据等
数据段	静态区存储区	常量段	即RodataSegment（ReadOnlyDataSegment），包括立即数，字符常量，字符串常量等
初始化数据区	即DataSegment，通常是指用来存放程序中已初始化且不为0的全局变量或静态变量的一块内存区域，在程序编译期间其大小及数据被确定
未初始化数据区	即BSS（BlockStartedbySymbol），通常是指用来存放程序中未初始化的或初始化为0的全局变量或静态变量的一块内存区域，编译器在Data段之后为其预留空间，在程序装载进内存时被正式分配
动态存储区	堆区	即Heap，由程序员分配、释放，向上生长，如malloc或new出来的数据
栈区	即Stack，由编译器自动分配。存放函数的参数值和局部变量值，向下生长

注：1.代码段和常量段都可以用于保存常量数据，其主要区别是，如果常量可以作为汇编指令的一个操作数，则该常量被编译进代码段。如果不能用一个汇编操作数表示，则存于常量段。如"uchara=0x05;"中的"0x05"将被编译成代码"mov#0x05，a"；如果是"uchara[]={0x05，0x06}"则"0x05，0x06"被放置于常量段，在初始化a[]的时候会有一段汇编指令用于将常量段中的内容拷贝到a[]中。软件存储区与硬件存储器类型是怎么对应的呢？一般来讲如下：

硬件存储器类型	软件存储区划分	原因
FLASH	代码段	非易失存储器使程序代码可以长期保持，通常情况下不需要修改
常量段	非易失存储器使数据可以长期保持，通常情况下不允许修改
RAM	初始化数据区	数据不需要长期保持，数据有可能被反复修改
未初始化数据区	数据不需要长期保持，数据有可能被反复修改
堆区	数据不需要长期保持，在运行时动态分配，数据通常需要修改
栈区	数据不需要长期保持，栈大小在运行时动态调整变化，栈中数据几乎是时刻在发生变化

注：1.MCU中的ROM通常用于存储制造商信息、控制器型号等信息；2.对于x86体系结构的系统，因为没有Flash类型的存储器，所以，所有的软件存储区最终都加载到内存中，但是其内存是分段的，用户对不同内存段的访问权限不同，其代码段和常量段不可以被用户修改，如果意外修改则抛出段错误异常。知道了存储器类型和各存储区的划分之后，让我们来看以下三组程序：1.

staticvoidProcStr(void)

{

ucharStr[]={"12345"};

}

这段程序中，Str[]是一个局部数组，其大小为6，占用的堆栈空间是2个字符；"12345"是常量，被存储在常量段；Str[]的初始化过程，相当于从常量区拷贝6个字符的数据到栈中，这6个字符是"12345\0"。

2.

staticvoidProcStr(void)

{

ucharStr[]="12345";

}

这段程序中，Str[]是一个局部数组，其大小为6，占用的堆栈空间是2个字符；"12345"是常量，被存储在常量段；Str[]的初始化过程，相当于从常量区拷贝6个字符的数据到栈中，这6个字符是"12345\0"。

3.

staticvoidProcStr(void)

{

constuchar*Str="12345";

}

这段程序中没有数组，唯一的Str是一个局部指针，其大小为4（在32位系统中），因此这段程序只占用4（在32位系统中）个字符的堆栈空间；"12345"是常量，被存储在常量段；Str的初始化过程，是将指针Str初始化为常量"12345"的地址，后续程序通过指针Str直接访问常量段，无需内存拷贝过程。

从以上分析可以看出，前两种方法是一样的，都需要为局部数据分配存储空间，并将静态存储区的数据拷贝过来，而最后一种方法是通过指针直接访问静态数据而无需拷贝。如果字符串长度大于系统中指针的长度，第三种方法将在时间和空间上大大优于前两种方法（第三种方法极大的节省了堆栈空间，并减少了拷贝数据所用的时间）。

但是，对于MCU来说，并不总是第三种方法好，原因在于第三种方法是直接访问常量段，由上面的表可知，对于将常量存储于Flash的MCU来说，访问常量段要比访问RAM慢得多。因此，如果接下来要频繁访问这个字符串，那么，采用前两种方法在速度上将会更优一些，理由是前两种方法只需要访问一次Flash，而第三种方法则每次都需要访问Flash。

当然，如果在接下来的程序中，需要修改字符串Str中的内容，那就只能采用前两种方法，第三种方法将会提示错误。

特殊说明：本文的一些内容跟编译器的特性相关，不同编译器，甚至相同编译器的不同版本间存在一定差异。