stm32的程序在ROM和RAM中是如何运行的/在哪里执行的?

原创
2020/09/04 11:42
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stm32中的Code在程序运行时要不要拷贝到RAM里执行呢?还是直接从Flash中取程序指令执行?
不是nand flash不能运行程序吗?难道32里用的是nor flash?

处理器基本原理都相似,简单理解都是取指令、执行指令。那么从哪里取指令就涉及到存储介质了,ROM和RAM其实就是两种不同的存储介质(一个可以掉电保存,一个掉电不保存),他们都可以做为存储指令的介质。

stm32默认就是从flash中取指令执行的,查询stm32参考手册的闪存(flash)介绍,闪存起始地址是0x0800 0000。

我们用ST-Link Utility打开一个keil编译好的hex文件,可以看到他存储的起始地址就是0x0800 0000。


 

结论:查看stm32参考手册boot的介绍,用户程序正常启动就是从0x0800 0000启动也就是从Flash ROM取指令运行的。

如果你的RAM够大,你也可以写一段汇编代码,在上电的时候把整个程序从flash中复制到RAM中,然后程序跳转到RAM中取指令执行程序。这其中会涉及到很多东西,不是简单的复制搬运就可以的,单片机没有特殊需求一般都不会这么做。

小实验:

如果我们在keil中修改ROM起始地址0x08000010,然后重新编译,再打开hex文件,起始地址变为了0x08000010。当然这样的hex文件烧录到单片机一般不能正常运行

/*******************************************************************************************************/

扩展:因为单片机普遍性能较低,flash的读取速度可以满足,程序的运行速度,所以运行时只要从flash取指令运行就可以了。如果是一些性能比较高的soc,主频在几百Mhz甚至1.5GHz以上的系统,那么flash读速度相对来说就太慢了,但是RAM的速度很快,所以高性能系统会把要运行的程序先加载到RAM中,在RAM中取指令运行。

/********************************************************************************************************/

以下内容摘自论坛帖子https://bbs.csdn.net/topics/392020439

如果你有研究过单片机编程的分散加载机制,在编程中写过分散加载脚本。你问的第一个问题就解决了。
如果你有写过nand flash的驱动程序,你问的第二个问题就解决了。

STM32中的code可以不用拷贝到RAM中运行,也可拷贝到RAM中运行,这些不是技术问题,而是要看这段code
有没有加载到RAM中运行的必要。后面再解释。

nand flash不支持片上执行,不能在nand flash中执行程序,但nor flash支持。
但不能因此就断定STM32用的外置flash都是nor的。只要STM32带nand flash的控制器,就可以把nand中的code加载到RAM中运行。至于能不能用IO模拟nand 的接口协议,我没搞过不清楚。

首先,应该所有的单片机都是片内集成RAM和ROM(在加载域和运行域的角度看,Flash就是ROM)。
一般容量小的单片机,RAM和ROM都小,不会把flash中的代码加载到RAM中。
但有时确实需要加载,怎么办呢。就把code中比较关键的,调用很频繁的,对响应速度有要求的,就会加载到RAM中。
例如高频率中断的定时器中断ISR,就可以在分散加载脚本中修改这段code的运行域到RAM中。程序在刚上电后会在main函数之前加载这段code到RAM中。这样做的好处就是,这段code的执行速度快,我们知道ROM和RAM执行代码的速度比差距是很大的。RAM比ROM中执行速度快得多!
当然,如果你的RAM很大,你甚至可以把全部的Code加载到RAM中运行。

nand flash不是直接接到CPU的三总线上的,所以CPU不能直接从nand中取得可执行的指令,而是通过nand的控制器!
而nor是在总线上的,所以nor中的code可以直接执行。(nor的这个观点仅是我个人看法,仅供参考)。

再说外置RAM的问题,单片机在带SDRAM的控制器之后,就可以支持SDRAM了。
SDRAM在初始化好之后,SDRAM的使用方法和内置的SRAM没有差别。

如果你的单片机支持SDRAM和Nand flash,你可以把nand flash中的code加载到SDRAM中运行。
如果你知道怎么写分散加载脚本,这个功能分分钟就能实现。

 

单片机运行的程序是在ram中的还是在rom中的

下文来说明单片机与x86cpu的具体途径:

pc机在运行程序的时候先把程序从硬盘中,调入RAM中运行,cpu从RAM中读取程序和数据.

而单片机的程序则是固化在flash 中,cpu运行的时候直接从flash 中读取程序,从RAM中读取数据.

造成这种差别的原因:

x86架构的cpu是基于冯.诺伊曼体系的,即数据和程序储存在一起,而且pc机的RAM资源相当丰富,从几十M到几百M甚至是几个G,客观上能承受大量的程序数据.

而单片机的架构大多是哈弗体系的,即程序和数据分开储存,而且单片机的片内RAM资源是相当有限的,内部的RAM过大会带来成本的大幅度提高.

单片机的程序能存储在RAM中吗
通过上面的分析可得知:单片机的程序能存储于flash中是基于两点考虑,即体系结构和RAM资源的多少.因此,在技术不但进步片内RAM容量不但增多的今天,RAM资源已经不再是制约这种差别的主要因素,而对于体系机构我们只要更改cpu读取程序的方式就可以.
我仔细研究了一下链接脚本,用的是gnu的linux的交叉工具链.地址分配是写在一个ld脚本中的.
他们是这样实现的:
1,将你需要在ram中运行的代码写在单独的一个c文件中,然后在脚本中设置其运行地址与存放地址分开.设置好必要的代码起始和结束的标志变量.

2,在代码中将存放地址处的代码拷贝到运行地址中.

冯.诺依曼体系与哈佛体系的区别
二者的区别就是程序空间和数据空间是否是一体的. 早期的微处理器大多采用冯诺依曼结构,典型代表是Intel公司的X86微处理器.取指令和取操作数都在同一总线上,通过分时复用的方式进行的.缺点是在高速运行时,不能达到同时取指令和取操作数,从而形成了传输过程的瓶颈.
哈佛总线技术应用是以DSP和ARM为代表的.采用哈佛总线体系结构的芯片内部程序空间和数据空间是分开的,这就允许同时取指令和取操作数,从而大大提高了运算能力.
例如TMS320LF240x系列DSP是增强型的哈佛结构通过三组并行的总线访问多个存储空间.它们分别是:程序地址总线(PAB),数据地址读总线(DRAB)和数据地址写总线(DWRB).

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