13.4  C语言程序的运行

在嵌入式系统中，程序最终是要放置在内存中运行的，程序的几个段，最终会转化为内存中的几个区域。C语言可执行程序的内存布局如图13-5所示。

（图13-5  C语言可执行程序的内存布局

在内存中，从低地址到高地址，依次是只读段、读写段、未初始化数据段、堆段、栈段。

映像文件中将包含代码段（Code）、只读数据段（RO Data）以及读写数据段（RW Data），未初始化数据段（BSS）将在程序的初始化阶段中开辟，堆栈在程序运行时动态开辟。

只读区（RO）包括了代码和只读数据，在内存区域中，代码段（Code）和只读数据段（Ro Data）的存放形式上基本没有区别。

对于程序运行时的内存使用，堆和栈一般是相向扩展的。堆的分配由程序决定，栈由编译器管理。

在以上概念中，只是一种内存分布，并没有考虑实际系统的情况。在实际的系统中，程序有载入和运行两个概念。嵌入式系统由两种内存，一种是可以固化只读的内存（如：ROM，Nor Flash），另一种是易失的可读写的内存（如：SRAM和SDRAM）。程序中的各个段也有需要固化和需要读写的。程序中的各段必须载入到内存的恰当位置，程序才可以运行。C语言各部分的需要固化和可写的情况如表13-2所示。

表13-2  C语言各部分的需要支持固化和可写的情况

在嵌入式系统中，经过编译的C语言程序可以通过操作系统运行，也可以在没有操作系统的情况下运行。程序存放的位置和运行的位置通常是不一样的。

一般情况下，经过编译后的程序存储在Flash或者硬盘中，在运行时需要将程序加载到RAM中。嵌入式系统的Nor Flash和硬盘还有一定的差别，在硬盘的程序必须加载到RAM中才可以运行，但是在Nor Flash中的程序可以通过XIP（eXcutive In Place）的方式运行。

在嵌入式系统中，C语言程序的运行包括3种类型：第一种是调试阶段的程序运行，这个阶段程序存放的位置和运行的位置是相同的；第二种是程序直接在Flash中运行（XIP）；第三种是将Flash或者硬盘中的程序完全加载到RAM中运行。

在C语言程序的运行中，存在着两个基本的内存空间，一个是程序的存储空间，另一个是程序的运行空间。程序的存储空间必须包括代码段、只读数据段和读写数据段，程序的加载区域必须包括读写数据段和未初始化数据段如表13-3所示。

表13-3  C语言各部分使用的存储空间

由于程序放入系统后，必须包括所有需要的信息，代码表示要运行的机器代码，只读数据和读写数据包含程序中预先设置好的数据值，这些都是需要固化存储的，但是未初始化数据没有初值，因此只需要标示它的大小，而不需要存储区域。

在程序运行的初始化阶段，将进行加载动作，其中读写数据和未初始化数据都是要在程序中进行"写"操作，因此不可能放在只读的区域内，必须放入RAM中。当然，程序也可以将代码和只读数据放入RAM。

在程序运行后，堆和栈将在程序运行过程中动态地分配和释放。