单片机的RAM与ROM概念

RAM与ROM

1、RAM与ROM
[2、 bss、data、heap、stack、text详细讲解](#2、 bss、data、heap、stack、text详细讲解)
[3、详细探讨 TCM、OCRAM 和 HBNRAM 之间的区别及其具体作用。](#3、详细探讨 TCM、OCRAM 和 HBNRAM 之间的区别及其具体作用。)
- [3.1、TCM（Tightly Coupled Memory）](#3.1、TCM（Tightly Coupled Memory）)
- [3.2、 OCRAM（On Chip RAM）](#3.2、 OCRAM（On Chip RAM）)
- 3.3、HBNRAM (Hibernate RAM)
- 3.4、总结

1、RAM与ROM

keil编译完成后，会有提示，形如：

其中:

Code为代码，本质上就是一大堆ARM指令；
RO为只读的数据，下文的text段和constdata段属于此属性区。例如，char *name = "TOM"；//TOM三个字符就存放在ROM中作为RO-DATA；char cmd[] = "AT";AT两个字符会在RAM和FLASH中各有一份。有些常量会在RO区中，有些例如立即数，会直接被编译在code区中。
RW为非0初始化的全局变量和静态变量占用的RAM大小，下文中的.data段和.bss属于RW区。注意：同时还要占用等量的ROM大小用于存放这些非0变量的初值；
ZI(zero initialize)没有进行初始化或者初始化为0。（该区域3个用途：0初始化的全局和静态变量+堆区+栈区）。

下面是keil自动生成的.map文件中的信息：

Flash的占用量就是上图中：

ROM Size的大小，它包含了①+②+③的大小【ARM指令代码+只读数据+非0初始化变量的初值】（Flash 占用大小 = .text 大小 + .data大小 + 其它section（如.bss, .stack, .heap等）位置信息大小）
RAM的占用量包含上述③+④的大小，也即【非0初始化变量、0初始化RAM（又分为0初始化静态变量区+堆区+栈区）】（SRAM 占用大小 = .data 大小 + .bss 大小 + .stack大小 + .heap大小）

2、 bss、data、heap、stack、text详细讲解

text代码段：用来存放代码和常量（const 关键字定义的变量）
.data数据段：用来存放有初始值非0的全局变量和静态变量（static修饰的变量，包括全局静态变量和静态局部变量），在MCU启动过程中，会被从 flash 内 copy 到 SRAM 内（各家的启动代码都会做此操作）。
.bss段：存储未初始化或初始化为 0 的全局/静态变量 ，不占用可执行文件的实际磁盘空间 ，仅在程序加载时由系统分配内存并清零。存储已初始化为非零值的全局/静态变量，需占用可执行文件空间 保存初始数据。例如：static int arr[3] = {1, 2, 3}; 需要在 .data 段存储这 3 个值。
**.stack栈空间：**用来存放局部变量、入参参数、返回值等，由编译器自动分配释放，如一个函数被调用后,产生的临时变量都会存到栈区的顶部,当函数完成后,会自动从顶部将刚使用的数据销毁。栈区的地址是从高地址向下增长的。
.heap 堆区: 用来动态内存分配，如 malloc, new 申请的内存，由程序员手动分配释放。程序中不释放,则程序结束时,由OS回收;据说这个和数据结构中的堆没有什么关系;堆区使用时地址向上增长。

ROM与RAM数据比较

数据段	说明	RAM	ROM
.bss	--	true	false
.data		true	true
RO-data	常量	false	true
.text	--	false	true
stack	局部变量等	true	false
heap	malloc	true	false

示例代码演示：

C 复制代码

int init_nonzero_global  = 0x55;               //初始化的全局变量,存在.data
int init_zero_global      =0;                  //初始化为0, 存在.bss
const int const_a      = 0xaa;                 //常量, 在.text
static char uninit_global;                    //未初始化的静态变量,在.bss 
static char e      = '123456';                //初始化的静态变量,在 .data 的 static 区域
static char init_zero_global = 0;            //初始化为0的全局静态变量,存在.bss 
void main (void)
{
    int f;                                  //未初始化的局部变量, 在 .stack
    int g = 2;                              //初始化的局部变量, 在 .stack

    static int x;                          //未初始化的静态变量,在 .bss
    static int y = 3;                      //初始化的静态变量,在 .data 的 static 区域
    char *p1;                             //p1 .stack
    p1 = (char *)malloc(50);    //分配得来的50个字节的区域在 .heap
    if(NULL == p1）
    {
        free(p1);           //释放 .heap 50个字节
    }
    while(1)
    {
    }
}

运行结果：在Nordic编译环境进行测试只有未初始化的全局变量存放在bss中。

bss、data、heap、stack、text示意图：

单片机的程序运行时，这 5 段在物理存储器上的位置，如下图所示：

3、详细探讨 TCM、OCRAM 和 HBNRAM 之间的区别及其具体作用。

3.1、TCM（Tightly Coupled Memory）

具体作用：

TCM 是一种紧耦合存储器，通常用于实时计算的处理器中，如 ARM Cortex-M 系列。
与缓存相比，TCM 的访问延迟较低，能够提供确定性的访问时间。
通常用于存放关键性代码或数据，以减少访问时间，提升系统性能。

特点与用途：

低延迟：因为与处理器紧密耦合，访问速度非常快。
确定性：适用于要求严格实时性能的应用场景。
固定大小：通常较小且固定大小的内存区域。

3.2、 OCRAM（On Chip RAM）

具体作用：

OCRAM 是片上随机存取存储器，与主存储器（如 DRAM）相比，其访问延迟较低。
一般用于存储经常需要访问的数据，以提高访问效率。

特点与用途：

快速访问：相比于外部存储器（如 DRAM），访问速度快，适用于需要频繁访问的数据。
中等容量：容量通常较大于 TCM，但仍然有限。
多用途：可以用来存储代码、数据，甚至可以作为缓冲区。

3.3、HBNRAM (Hibernate RAM)

具体作用：

HBNRAM 是一种特定用途的内存，主要用于低功耗或休眠模式下的数据保持。
在系统进入休眠模式时，可以存储一些重要数据，确保在唤醒时可以快速恢复。

特点与用：

低功耗：设计上强调低功耗，数据在休眠模式中保持。
数据保持：适用于需要在休眠状态中保留关键数据的应用。
小容量：通常容量较小，主要存储需要在低功耗模式下保留的数据。

3.4、总结

参数	TCM	OCRAM	HBNRAM
作用	实时、低延迟访问	快速访问数据/代码	低功耗数据保持
延迟	极低	低	低
容量	较小	中等	小
用途	存放关键代码/数据	存放频繁访问的数据/代码	休眠模式下维护重要数据
特点	低延迟、确定性	快速访问、多用途	低功耗、数据保持