STM32全局变量占用程序存储空间吗？

hexiaolong2009 · 发表于 2013-5-10 02:15:50

全局变量是否占用最终程序的存储空间，这个问题其实早在我们学习C语言的时候就已经告诉我们答案了。我隐约记得初学C语言的时候，书本上告诉我们：
全局自动变量——保存在读写数据段
全局静态变量——保存在读写数据段
全局常量——保存在只读数据段
局部自动变量——保存在栈空间里的
而我们在做单片机程序的时候，由于都是用的C编程，所以数据的存储也是一样的。上面的读写数据段在单片机里就是RW-data段，上面的只读数据段在单片机里就是RO-data，还有一个零初始化数据段ZI-data段（由此可见，RW-data加上ZI-data就是总共要分配的RAM空间大小），最后一个Code段就不用介绍了，大家都明白。
那么究竟一个STM32程序编译链接完成后的BIN文件大小到底跟所申请的全局变量有没有关系呢？答案是无关！最终生成的BIN文件大小只与程序的代码段（Code段）和只读数据段（RO-data）有关，即BIN文件大小=Code段+RO-data段。
为了验证这一点，我特地拿正点原子战舰开发板的案例《实验48 串口IAP实验》来给大家演示，证明目标代码的大小与程序中所申请的全局变量大小无关。选择正点原子的这个案例有两个原因：1.本人目前正在学习STM32 IAP编程；2.该例程中分配了一个全局变量u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]，USART_REC_LEN的长度为55K，几乎占用了80%的SRAM空间，对本文的论点起着典范作用。
首先我们不对工程进行修改，如下图：

编译链接后，生成的目标代码结果如下：

可以看到，Program Size: Code=19208 RO-data=3036 RW-data=64 ZI-data=62400
得出ROM=21.7K RAM=61K

我们再将USART_REC_LEN宏的长度修改为55，空间大大缩小，如下图：

编译链接后，目标代码大小如下：

可以看到Program Size: Code=19208 RO-data=3036 RW-data=64 ZI-data=6136
得到ROM=21.7K RAM=6K

而两次编译后，我们到工程目录下找到IAP.BIN文件，查看该文件的大小，都是21.7K，如下图：

由此可见，目标代码的大小与程序中所申请的全局变量大小无关，而只与代码段（Code段）和只读数据段（RO-data段）有关，而全局变量的大小只会影响到占用SRAM的大小。那么既然最终的目标代码大小跟全局变量的大小无关，是不是目标代码就一点也不包含全局变量了呢？呵呵，如果不包含全局变量，那程序运行的时候就不知道全局变量在哪里啦！当然会包含全局变量啦，只是不是包含它们的存储空间，而是包含他们分配空间的信息，比如该全局变量的起始地址、空间大小、是否要用0初始化等信息，这样就只会占用目标代码非常少的空间。那全局变量又是在什么时候分配的呢？全局变量的分配是在程序复位中断执行后，进入main函数之前分配的。那么全局变量又是由谁来分配的呢？全局变量的分配工作在你的用户程序中是看不到的，它们是有开发环境提供的C运行时库提供的代码，是由链接器把他们嵌入到你的用户代码里的。
现在，对于变量的空间分配，你是不是更了解了一些呢？

淋湿的鸡毛 · 发表于 2013-5-10 02:21:42

深夜来顶楼主~

gbfootball2 · 发表于 2013-5-10 02:59:19

讲得很好

XA144F · 发表于 2013-5-10 08:08:49

我觉得这就是理所当然的，除非你在声明全局变量时就向里面填充了内容，不然不会增加ROM占用空间。
比如char str[10]="Hello!"，虽然这个字符串是在RAM的，但是ROM也包含了这个字符串的内容和复制内容到RAM的程序，在初始化的时候就会执行程序把ROM的内容复制到RAM中分配的空间里。

pigy0754 · 发表于 2013-5-10 08:13:13

顶一个！楼主半夜还发帖啊！

无级电工 · 发表于 2013-5-10 08:26:51

XA144F 发表于 2013-5-10 08:08
我觉得这就是理所当然的，除非你在声明全局变量时就向里面填充了内容，不然不会增加ROM占用空间。
比如char ...

就是这样。

hexiaolong2009 · 发表于 2013-5-10 13:10:06

XA144F 发表于 2013-5-10 08:08
我觉得这就是理所当然的，除非你在声明全局变量时就向里面填充了内容，不然不会增加ROM占用空间。
比如char ...

你说的很对，因为“Hello!”是常量，常量就是保存在只读数据段的，所以会占用ROM的大小，而至于将这些常量复制到RAM的执行代码只会占用很小一部分ROM空间的，所以最终目标代码的大小还是由代码段和只读数据段决定的。
你对于C语言的内存管理很熟悉呀！

qllaoda1 · 发表于 2013-5-10 13:36:25

本帖最后由 qllaoda1 于 2013-5-10 13:38 编辑

常识性问题

Program Size: Code=86496 RO-data=9064 RW-data=1452 ZI-data=16116

Code是指令代码占用的空间，RO-data是 Read Only 只读常量的大小，如const型，RW-data是（Read Write）初始化了的可读写变量的大小，ZI-data是（Zero Initialize）没有初始化的可读写变量的大小。ZI-data不会被算做代码里因为不会被初始化。

简单的说就是在烧写的时候是FLASH中的被占用的空间为：Code + RO Data + RW Data

程序运行的时候，芯片内部RAM使用的空间为： RW Data + ZI Data

全局变量和静态变量，如果定义的时候初始化，就统计在RW Data，如果没有，就统计在ZI-Data

孩子莫悲伤 · 发表于 2013-5-10 13:45:40

赞！~

twitter · 发表于 2013-5-10 13:56:49

进入main函数之前的操作是初始化变量，而不是分配，分配是由编译器和链接器完成的。

hexiaolong2009 · 发表于 2013-5-10 14:08:03

qllaoda1 发表于 2013-5-10 13:36
常识性问题

你的这句话“FLASH中的被占用的空间为：Code + RO Data + RW Data”，确实是要加上RW Data的空间大小吗？我觉得FLASH应该只是包含了RW Data的一些基本信息，比如起始地址、空间大小、初值地址等信息，而不是整个RW Data的大小吧？
初来乍到，请多多指教！

marx · 发表于 2013-5-10 14:40:11

char ch[]="jack slow fuck";
就是典型的RW，这个字符串在flash里面有，开机后还要复制到ram里面，所以RW既占用flash也占用ram

wicy001 · 发表于 2013-5-10 14:56:35

hexiaolong2009 发表于 2013-5-10 14:08
你的这句话“FLASH中的被占用的空间为：Code + RO Data + RW Data”，确实是要加上RW Data的空间大小吗？ ...

前面认同了char str[10]="Hello!"，后面就开始反悔。他们讲的是同一件事

usk5yenj4id04dm · 发表于 2013-5-10 15:02:53

你以为我会被你误导么。

adce · 发表于 2013-5-10 21:27:34

char ch[]="jack slow fuck";
这是两句.....不是一句....

hexiaolong2009 · 发表于 2013-5-11 22:37:45

嗯，楼上说的都对，我验证过了，最终生成的目标代码大小=Code+RO Data+RW Data。实验如下：
建立一个最简单的工程，如下图：

main.c源码如下：
unsigned char var[1024]={
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
"ffffffffffffffff"
};

int _main(void)
{
unsigned char i;

while(1)
{
i = var[0];
i++;
}
}

工程中只有1个main.c文件，该文件也很简单，就1个全局变量unsigned char var[1024]，和一个_main函数。这里用_main而不用main是因为main函数会让链接器自动添加C库函数启动代码，而C库函数启动代码又会对全局数据进行压缩处理，这样就会是我们最终得到的BIN文件缩水，所以我这里使用_main函数就不会自动链接C库函数启动代码了。对工程的设置如下：
分散加载文件使用自己编写的sct文件：

别忘了设置程序入口点，这里设置_mian为程序入口点，防止编译产生警告。

bin文件格式转换设置：

工程设置完毕后，编译、链接，最终结果如下图：

可以看到Code代码段占用16字节，只读数据段RO Data为0字节，读写数据段RW Data为1024字节。这是我们找到生成的test.bin文件查看其大小刚好为1040字节=Code(16) + RO Data(0) + RW Data(1024)，如下图：

本来我以为数组中的字符串“ffffffffffffffff”.....都是常量，照理说应该将它们划分到RO Data段的，可是MDK刚好跟我想的相反，把他们的大小规划到RW Data段了，而RO Data段则不包括它们的大小。
如果将原来的全局变量改成const类型，那么很容易想到，RO Data就变为1024字节，而RW Data就变为0字节，如下图：

所以最终得出结论，最终占用FLASH空间大小的因素是由Code、RO Data、RW Data这三个空间决定的，一般情况下，是小于等于Code+RO Data+RW Data，因为C库函数启动代码会对数据进行压缩处理。

hexiaolong2009 · 发表于 2013-5-11 22:42:11

工程源码

hhxb · 发表于 2013-5-11 22:52:12

占不占空间要看变量有没有被初始化；
初始化了没用过，可能被优化了也不会占空间

hexiaolong2009 · 发表于 2013-5-11 23:35:02

hhxb 发表于 2013-5-11 22:52
占不占空间要看变量有没有被初始化；
初始化了没用过，可能被优化了也不会占空间 ...

嗯，编译器的优化等级也会影响到最终的程序大小的。

Elec_Ramble · 发表于 2013-5-11 23:41:01

Mark…
来自：amoBBS 阿莫电子论坛 Windows Phone 7 客户端

太极风 · 发表于 2013-5-12 12:37:01

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

kalo425 · 发表于 2013-11-27 19:09:22

hexiaolong2009 发表于 2013-5-11 22:37
嗯，楼上说的都对，我验证过了，最终生成的目标代码大小=Code+RO Data+RW Data。实验如下：
建立一个最简单 ...

那此时需要的ram为多少呢？

jisaowang · 发表于 2013-11-27 21:29:30

好吧，lz值得鼓励，大概lz上份工是幼稚园的阿姨工作。。。。

brentcao · 发表于 2013-11-27 21:33:07

呵呵，学习了

caixiuwen · 发表于 2013-11-27 22:03:52

qllaoda1 发表于 2013-5-10 13:36
常识性问题

唉。。。你对ZI理解是错的。。。ZI != Zero Initialize
看来搞清缩写的全称到底是什么很重要。。。

qllaoda1 · 发表于 2013-11-28 11:10:32

caixiuwen 发表于 2013-11-27 22:03
唉。。。你对ZI理解是错的。。。ZI != Zero Initialize
看来搞清缩写的全称到底是什么很重要。。。 ...

请指教。

caixiuwen · 发表于 2013-11-28 12:24:31

qllaoda1 发表于 2013-11-28 11:10
请指教。

ZI是Zero Initialized，就少了个d，意思可不一样。。。
没有显式初始化的全局变量、静态变量都被初始化成0了。
ZI-data说的就是初始化为零的数据，而不是说没有初始化。
真正没有初始化的叫uninitialized。。。

qllaoda1 · 发表于 2013-11-28 16:34:00

caixiuwen 发表于 2013-11-28 12:24
ZI是Zero Initialized，就少了个d，意思可不一样。。。
没有显式初始化的全局变量、静态变量都被初始化成 ...

ZI 对应的就是在C代码里只定义，没初始化的变量吧。

caixiuwen · 发表于 2013-11-28 16:47:37

qllaoda1 发表于 2013-11-28 16:34
ZI 对应的就是在C代码里只定义，没初始化的变量吧。

现象是这么个现象，只是解释得不对

mahengyu · 发表于 2013-11-29 17:55:33

caixiuwen 发表于 2013-11-28 16:47
现象是这么个现象，只是解释得不对

学习了

请问Code，RO-data， RW-data的含义是不是在keil的文档里有说明啊？

caixiuwen · 发表于 2013-11-29 21:56:04

mahengyu 发表于 2013-11-29 17:55
学习了

请问Code，RO-data， RW-data的含义是不是在keil的文档里有说明啊？

有的。打开帮助搜索一下。也可谷歌一下、维基一下

creep · 发表于 2013-11-29 22:28:27

学习了

ejie+ · 发表于 2014-3-6 22:27:41

mark，学习

JACK847070222 · 发表于 2014-6-18 16:01:35

谢谢，说得很好

tigerman520 · 发表于 2014-6-18 22:37:58

长知识了。呵呵。

lyricpoem0726 · 发表于 2015-1-11 18:47:13

本帖最后由 lyricpoem0726 于 2015-1-11 18:50 编辑

hexiaolong2009 发表于 2013-5-11 22:42
工程源码

楼主这个作何解释？？
第二幅图在第一幅图的基础上加了 const unsigned char var[1024] = .............

hexiaolong2009 · 发表于 2015-1-11 21:33:04

lyricpoem0726 发表于 2015-1-11 18:47
楼主这个作何解释？？
第二幅图在第一幅图的基础上加了 const unsigned char var[1024] = ............. ...

这个需要你把整个代码贴上来才能分析，光这么一小块也看不清你到底是怎么写的，而且你第一张图为什么RW Data有1036这么大？不知道你的全局变量都定义了什么。。。。

lyricpoem0726 · 发表于 2015-1-11 22:05:32

本帖最后由 lyricpoem0726 于 2015-1-11 22:08 编辑

hexiaolong2009 发表于 2015-1-11 21:33
这个需要你把整个代码贴上来才能分析，光这么一小块也看不清你到底是怎么写的，而且你第一张图为什么RW D ...

我是在你贴的工程上改的，
图1是增加了几个变量，如下：

原来的那个大数组前面的const 去掉了；
unsigned int test;
unsigned int test1 = 100;

在函数_main()
{
static unsigned int j = 10;
}

rw_data = 1024 + 3 *4 = 1036;

图2只是改变了一个地方，把大数组前面加上了const, 其他未动编译结果就是图2，
很是困惑

hexiaolong2009 · 发表于 2015-1-11 22:30:44

估计是被优化掉了吧！因为你定义的那几个变量都没有被使用到，看看编译器优化等级什么的是不是有改动。

lyricpoem0726 · 发表于 2015-1-11 22:53:33

hexiaolong2009 发表于 2015-1-11 22:30
估计是被优化掉了吧！因为你定义的那几个变量都没有被使用到，看看编译器优化等级什么的是不是有改动。 ...

工程没有做任何的修改，优化等级我看了一下，为0 没优化啊

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