一篇文章讲透单片机的RAM和FLASH

最近在一个问答社区回答了一个问题，关于单片机存储器的，于是有了想专门写一篇关于单片机存储器的想法。作为单片机内部一个重要组成部分，存储器占有很重要的地位，今天就来聊聊我对于单片机的内部存储器RAM和FLASH的一些认识和理解。

1、先聊聊存储器

存储器是单片机结构的重要组成部分，存储器是用来存储编译好的程序代码和数据的，有了存储器单片机系统才具有记忆功能。按照存储介质的特性，可以分“易失性存储器”和“非易失性存储器”两类。易失性存储器断电后，里面存储的内容会丢失；非易失性存储器断电后，数据可以依然保持。

存储器分类

2、单片机的存储器

如下图所示是STM32F103RB系列单片机所使用的存储器大小，Flash为128KB，RAM为20KB，这里的RAM是指SRAM。

STM32F103RB内存大小

这两个存储器的寄存器输入输出端口被组织在同一个4GB的虚拟线性地址空间内。可访问的存储器空间被分成8个主要块，每个块为512MB。Flash用来存储编译好的程序文件，SRAM用来存储运行程序时所创建的临时数据。所以如果不加入外置存储器，那么程序里的东西就会出现在这两个存储器中。

下图为STM32F103RB单片机的内存映射图（部分），可以看到画红圈的两个就是SRAM和Flash存储器。不知道大家有没有注意，当使用J-Flash软件给stm32下载bin文件的时候需要填写起始地址，那个0x08000000其实就是Flash存储器的起始地址。

STM32F103内存映射图

3、关于编译器生成的文件

如果你玩过单片机，那你应该对Keil这款软件不会感到陌生，下图是我的那款OLED时钟的软件用Keil编译后的编译信息。

KEIL编译信息

很多人并不一定知道Program Size的含义，我来给大家解释一下。

Code： 是程序中代码所占字节大小；

RO-data： 程序只读的变量，也就是带const的，和已初始化的字符串等；

RW-data： 已初始化的可读写全局/静态变量；

ZI-data： 未初始化的可读写全局/静态变量；

那么这个程序占用的Flash存储器的空间大小是多少呢？程序所占Flash空间大小=Code+RO data+RW data=生成的bin文件大小 。

那么这个程序占用的SRAM存储器的空间大小是多少呢？程序固定占用RAM大小=RW data+ZI data 。

这些信息除了在编译器下方的信息栏里面看到，也可以在项目文件里的.map文件的最下面找到，如下图：

.map文件信息

4、数据在存储器上的存储结构

程序在Flash上的存储结构如下图所示，通过阅读hex文件和MDK下调试综合提炼出来的。其中，ZI-data对应未初始化数据段，RW-data对应已初始化数据段，Code对应代码段。

STM32的Flash存储结构

数据在SRAM上的结构，如下图所示。这部分大家可以参考上面的内存映射图来理解。

STM32的SRAM存储结构

5、总结

至此我相信大家应该对stm32单片机的内部存储有了更进一步的认识。其实如果想更深入的了解单片机的运行轨迹，我建议大家来详细研究一下stm32单片机的上电内存读取过程，如果搞明白了这块收获会是非常大的。后面有机会我也会对这块进行深入的总结，并整理成文章发出来，与大家一起分享。

单片机FLASH存储算法浅谈

一般32位单片机没有自带EEROM, 而是有相对丰富的FLASH，但是写FLASH之前必须先做擦除操作才能写入，一般按页擦除，且擦除寿命在10000次左右，因此，需要加一些读写算法，来避免经常性的擦除动作，提高FLASH的寿命。

我们可以开辟一片空间来做相应的处理，假设留出2K【2页】空间做存储。首先根据总存储区长度hislen和每次写入的数据长度datalen，计算出擦除一次可以写入数据的次数n, n = hislen/(datalen + 4 )，如果一次性按照64字节写入，每次写FLASH之前读取4字节校验码，并读取64字节数据计算出校验码，比对不成功后，则确定下来写入的索引值w_index，则进行数据写入以及将本次写入的数据进行计算，将校验值写入校验区，任何一次写入失败，都将w_index清0，FLASH存储BANK1擦除，重新写FLASH, 写到索引为0的位置，成功写入数据和校验后，再将BANK2擦除，具体流程图如下图：

FLASH存储结构如下所示：

读数据时，则从n开始，反向开始查找校验值和数据，并计算出数据校验值, 与校验区数据对比，校验通过则确定出索引值r_index, 则可以计算出地址，取出最新正确的数据。

实际开发中，需要确定可以用来数据存储的最大FLASH空间hislen，以及一次性需要存储的数据长度datalen, hislen越大，datalen越小，则FLASH使用寿命相对越长。

实现策略已介绍完毕，具体代码可自行实现，有需要参考代码的可联系博主。

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