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1. 程序的空间属性
一般情况下,一个程序本质上都是由 bss段、data段、text段三个组成的——本概念是当前的计算机程序设计中是很重要的一个基本概念。而且在嵌入式系统的设计中也非常重要,牵涉到嵌入式系统运行时的内存大小分配,存储单元占用空间大小的问题。
BSS段:BSS段(bss segment)通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量的一块内存区域。BSS是英文Block Started by Symbol的简称。BSS段属于静态内存分配。
数据段:数据段(data segment)通常是指用来存放程序中已初始化的全局变量的一块内存区域。数据段属于静态内存分配。
代码段:代码段(code segment/text segment)通常是指用来存放程序执行代码的一块内存区域。这部分区域的大小在程序运行前就已经确定,并且内存区域通常属于只读, 某些架构也允许代码段为可写,即允许修改程序。在代码段中,也有可能包含一些只读的常数变量,例如字符串常量等。
堆(heap):堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段,它的大小并不固定,可动态扩张或缩减。当进程调用malloc等函数分配内存时,新分配的内存就被动态添加到堆上(堆被扩张);当利用free等函数释放内存时,被释放的内存从堆中被剔除(堆被缩减)
栈(stack):栈又称堆栈,是用户存放程序临时创建的局部变量,也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量(但不包括static声明的变量,static意味着在数据段中存放变量)。除此以外,在函数被调用时,其参数也会被压入发起调用的进程栈中,并且待到调用结束后,函数的返回值也会被存放回栈中。由于栈的先进先出特点,所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上讲,我们可以把堆栈看成一个寄存、交换临时数据的内存区。
text和data段都在可执行文件中(在嵌入式系统里一般是固化在镜像文件中),由系统从可执行文件中加载。而bss段不在可执行文件中,由系统初始化。
bss段(未手动初始化的数据)并不给该段的数据分配空间,只是记录数据所需空间的大小。 data(已手动初始化的数据)段则为数据分配空间,数据保存在目标文件中。 DATA段包含经过初始化的全局变量以及它们的值。 BSS段的大小从可执行文件中得到,然后链接器得到这个大小的内存块,紧跟在数据段后面。当这个内存区进入程序的地址空间后全部清零。包含DATA和BSS段的整个区段此时通常称为数据区。
2. ARM的image属性
ARM程序的组成
此处所说的“ARM程序”是指在ARM系统中正在执行的程序,而非保存在ROM中的bin映像(image)文件,这一点清注意区别。
一个ARM程序包含3部分:RO,RW和ZI
RO是程序中的指令和常量
RW是程序中的已初始化变量
ZI是程序中的未初始化的变量
Image文件包含了RO和RW数据。但不包含ZI数据,是因为ZI数据都是0,没必要包含,只要程序运行之前将ZI数据所在的区域一律清零即可。包含进去反而浪费存储空间。
烧录到ROM中的image文件与实际运行时的ARM程序之间并不是完全一样的。因此就有必要了解ARM程序是如何从ROM中的image到达实际运行状态的。
实际上,RO中的指令至少应该有这样的功能:
1. 将RW从ROM中搬到RAM中,因为RW是变量,变量不能存在ROM中。
2. 将ZI所在的RAM区域全部清零,因为ZI区域并不在Image中,所以需要程序根据编译器给出的ZI地址及大小来将相应得RAM区域清零。ZI中也是变量,同理:变量不能存在ROM中在程序运行的最初阶段,RO中的指令完成了这两项工作后C程序才能正常访问变量。否则只能运行不含变量的代码。
ARM C中的指令以及常量被编译后是RO类型数据。
ARM C中的未被初始化或初始化为0的变量编译后是ZI类型数据。
ARM C中的已被初始化成非0值的变量编译后市RW类型数据。
.text段是代码段。它用来放程序代码(code)。它通常是只读的(程序代码,编译好了就确定了,不可能改来改去的嘛)。
.data段是数据段。它用来存放初始化了的(initailized)全局变量(global)和初始化了的静态变量(static)。它是可读可写的。
.bss段是全局变量数据段。它用来存放未初始化的(uninitailized)全局变量(global)和未初始化的静态变量(static)。它也是可读可写的。bss是英文Block Started by Symbol的缩写。之所以把bss跟data分开来,是因为系统会为这些bss段的变量的初值清零。
.constdata段是常量数据段。它用来存放常量(const)。它也是只读的。
源程序中使用malloc分配的内存就是bss这一块,它的大小不是根据data的大小确定的,主要是由程序中同时分配内存最大值所确定的,不过如果超出了范围,也就是分配失败,可以等空间释放之后再分配。
以上这些段,用户可以非常灵活的定义其首地址和大小。但对大部分用户来说,程序代码区在ROM或FLASH中,可读写区域在SRAM或DRAM中。考虑一下自己程序规模,函数调用规模,内存使用大小,然后,参照一个连接定位文件,稍加修改就可以了
栈(stack)就是通常我们所说的堆栈。它用来保存函数的局部变量和参数。其操作方式类似于数据结构中的栈,是一种“后进先出”(Last In First Out,LIFO)的数据结构。这意味着最后放到栈上的数据,将会是第一个从栈上移走的数据,对于哪些暂时存储的信息,和不需要长时间保存的信息来说,LIFO这种数据结构非常理想。在调用函数或过程后,系统通常会清除栈上保存的局部变量、函数调用信息及其它信息。栈的顶部通常在可读写的RAM区的最后,其地址空间通常“向下减少”,即当栈上保存的数据越多,栈的地址就越小。
堆(heap)就是通常我们说的动态内存分配。它用来管理动态内存的。其操作方式跟数据结构中的堆,是不同的。
在ARM的集成开发环境中,
1、只读的代码段称为Code段,即上述的.text段。
2、只读的常量数据段,被称作RO Data段,即上述的.constdata段。
以上两个段统称为RO段(Read Only),放在ROM或FLASH等非易失性器件中。
3、可读可写的初始化了的全局变量和静态变量段,被称作RW Data段(ReadWrite),即上述的.bss段。
4、可读可写的未初始化的全局变量和静态变量段,被称作ZI Data段(Zero Init),即上述的.data段。因为这个段里的变量要被初始化为零,所以叫ZI段。
以上两个段统称为RW段,而在运行时,它必须重新装载到可读可写的RAM中。