内存、存储中(计算机、MCU)的引导流程、存储器

一、内存

• 栈区(stack)：存放 非静态局部变量
• 堆区(heap)：存放 malloc()、calloc() 、realloc()、free()等函数动态分配的数据 ——malloc() - C语言标准库中的函数
• 全局静态区：存放 静态局部变量、全局变量
• 代码区：存放 程序代码

• 栈区和堆区 存放 程序运行的动态数据

栈区（Stack）和堆区（Heap）是程序运行时在RAM（Random Access Memory，随机存取存储器）中划分的两个主要的内存区域，它们用于存储程序运行时的动态数据。

栈区：

• 栈是由编译器自动分配和释放的，用于存储局部变量、函数调用信息（如返回地址、参数）等。
• 栈具有自动管理的特点，函数调用时自动分配，函数返回时自动释放。
• 栈的内存空间相对较小，但访问速度快。
• 栈按照后进先出（LIFO，Last In First Out）的原则操作。

堆区：

• 堆是由程序员手动分配和释放的，通常使用如malloc、calloc、realloc和free这样的函数（在C/C++中）。
• 堆用于存储动态分配的对象，其生命周期由程序员控制。
• 堆的内存空间相对较大，但访问速度较慢，因为分配和释放需要额外的管理开销。
• 堆按照自由可用的原则操作，分配的内存可以在任何时候释放。

注：虽然RAM是最常见的包含栈和堆的存储区域，但这并不意味着其他类型的存储器就不能有类似的概念。

eg：例如，某些嵌入式系统可能在非易失性存储器（如EEPROM或闪存）中模拟堆的行为，用于存储需要持久化的数据。但是，这种“堆”不会像RAM中的堆那样快速或灵活，而且可能受到写入次数的限制。

在讨论栈和堆时，我们通常指的是运行时动态分配的内存，而这几乎总是与RAM相关联，因为RAM提供了必要的速度和随机访问特性，这是栈和堆高效操作所必需的。

二、从 存储 中，计算机、单片机的开机/执行程序 的引导流程

1、计算机引导流程

​ 现代计算机的开机通常要经历一个复杂且精心设计的过程，这个过程叫做引导。引导是计算机启动和运行操作系统的初始步骤，它确保了系统能够正确地加载和执行所需的程序。

​ 引导过程随CPU架构不同而不同，我们平常接触最多的是x86架构

CPU内部ROM（存储固定的指令）

内存中的存储介质选用的是RAM

磁盘模块代表的是持久化存储模块，其实和内存模块电路类似，采用了独立端口的EEPROM

目前我们的计算机总共有三块存储：
iRom：CPU内部很小的一块存储，只读；(该块存储器在出厂的时候已经把代码烧录好了，一般是不允许修改的；该存储器写入代码的功能主要是用于调用内存中的代码，然后执行)
内存(RAM)：无法持久化保存数据，只有上电之后才能由程序修改；
硬盘(ROM)：存放我们的自定义代码和数据。[目前硬盘大部分已经使用 EEPROM ]

引导程序 设计如下：

​ 1. iRom负责将硬盘前32个寻址长度的程序加载到内存并跳转；

​ 2. 硬盘前32个寻址长度负责加载（硬盘32个指令之后的）自定义程序并跳转；

3. 最终（在内存中）执行自定义程序。

   注：而硬盘前32个寻址地址存放的程序，我们就称之为引导程序，而这32个寻址地址，我们称之为引导区。

​ 终端最终会显示自定义程序执行的内容

2. 单片机的引导流程

​ 可以把单片机视为ROM和RAM都内置在MCU中 【相对于计算机少了一个硬盘】

​ 只暴露一些输入输出总线接口和外部通信的设备。引导过程就相当于在ROM上直接执行程序，只有需要用到RAM时才会向RAM中写入数据。

51单片机的固定初始化流程

• 程序编译完成以后的汇编文件：

  ​ 在ROM中，第一条指令：直接跳转到 单片机的固定初始化流程 ，当这段代码执行完毕后，最后一句代码就是跳转到 main函数入口，执行main主函数。

三、存储器和寄存器

1、存储器

存储器是计算机结构的重要组成部分。存储器是用来存储程序代码和数据的部件，有了存储器计算器才具有记忆功能

​ 分为两大种：RAM（随机存取存储器） 、 ROM（只读存储器）

​ RAM -> 内存

​ * RAM提供了程序运行时所需要的高速随机访问存储能力

​ ROM -> 硬盘（一般用的较多的是flash [又名闪存，是可重复擦写的存储器] ）

STM32:

​ 在STM32中，芯片能访问的存储空间有多大，是由芯片的*地址总线的数量*决来定的，STM32芯片内部的地址总线为32根。所以STM32有*4G*的地址空间。（2的32次方）

​ ARM把可访问的存储器空间分成8个主要块，每个块为512MB。ARM 在对这 4GB 容量分块的时候是按照其功能划分，每块都有它特殊的用途。

在这8个Block里面，要特别注意Block0、Block1和Block2这3个块。因为其中包含了STM32芯片的内部 Flash、RAM和片上外设。

2、寄存器

​ 寄存器是单片机内部一种特殊的存储器，可以实现对单片机各个功能的控制。

​ 给已经分配好地址的有特定功能的存储器单元*取别名的过程*就叫*寄存器映射*。

注：寄存器映射在ST提供的头文件stm32f10x.h中已经通过预编译的形式完全映射好了，以后如果再操作某个特定外设的时候，就不用直接操作地址，直接操作对应的寄存器名就可以了。

eg：PA这组IO端口的映射

// 外设基址
#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000) 
// APB2外设的基址 
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000) 
// GPIOA 外设的基址
#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + d)
// 做了类型转换，地址仍然是GPIOA 外设的基址
#define GPIOA               ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)