细说BSS段SRAM清零与否

在大多数项目里面，我们并不需要关心变量在SRAM中的状态。当MCU每次上电复位后，我们编写的程序也都会给全局变量进行初始化，防止SRAM中的脏数据污染了我们的变量，导致程序异常跑飞等。不是这个技术知识点不重要，而是Keil等编译工具链已经为我们准备好了一套常用、稳定的SRAM内存初始化策略。不过，也有一些时候，我们更希望SRAM的使用更贴近项目，依项目背景而定制！这也是本帖子的分享目的。

Keil中的BSS段

在Keil编译环境下，BSS段在编译后记录着”未初始化或显式初始化为0的全局变量与静态变量“。这些内容需要在MCU上电复位后由MCU进行清零操作，以保证获得确定的0值。

Keil启动流程

我们以我平时常用的STM32F407VET6芯片为例。它在上电复位后，第一步的操作是初始化堆栈指针，然后就开始跑SystemInit()，紧接着就是跳转到__main()函数。而在__main()函数里面会把所有RAM清空，再加载全局变量和静态变量，之后MCU才会跑到我们自已编写的main()函数里面。我们查看startup_stm32f407xx.s文件就可以在复位回调函数里面看到：

; Reset handler
Reset_Handler    PROC
                 EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]
        IMPORT  SystemInit
        IMPORT  __main

                 LDR     R0, =SystemInit
                 BLX     R0
                 LDR     R0, =__main
                 BX      R0
                 ENDP

Keil中的BSS段不被清零的方法

在默认情况下，BSS段在上电复位的时候会被MCU清零，但项目需求要求在上电复位时无需清零，这时该怎么办呢？Keil编译工具提供了两种方法来定制化解决这个问题。

编译器GUI设置

打开Keil编译器Option设置，将IRAM区域中的NoInit勾选，即表示在__main函数中此块IRAM区域不会被强制初始化为零。

我这里为示意，把全部的IRAM空间都列为了”非初始化“，大家按自已的项目需求而设定。

特别注意：

1. 用此种方法需要勾选Use Memory Layout from Target Dialog选项，否则无效。后面我们也会讲到。

2. RAM1-3是片外RAM，下方的IRAM1-2才是片上RAM。不要设置错误与混淆。

sct分散加载文件

刚刚的GUI配置方法设置非常简单，但它有它的局限性——它只能配置两块IRAM区域。这在我们实际项目应用中，很难满足定制化与复杂的项目需求。这时就需要依靠sct分散加载文件了。

对于修改sct文件来关闭RAM初始化清零的操作也非常简单，只需要在RAM的定义声明上面添加UNINIT关键字即可。

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08005000 0x0001B000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08005000 0x0001B000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }
  RW_IRAM1 0x20002000 UNINIT 0x00020000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
}

特别注意：

1. 如果使用sct分散文件加载的方式，一定要把Use Memory Layout from Target Dialog选项勾选掉

实验验证

有了理论基础，又有硬件环境，所以一定要上手验证一下。于是我编写了下述代码：

uint8_t txbuf[16] = {0};    /* 全局变量数组 */

int main(void)
{
    uint32_t i;
    hw_init();
    NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_3);
    SysTick_Config(SystemCoreClock / 1000);

    debug_out(txbuf, 16);

    time_tick = 1000;
    while(time_tick > 0)
    {
        ;
    }

    for (i = 0; i < 16; i++)
    {
        txbuf[i] = i;
    }

    debug_out(txbuf, 16);

    while (1)
    {

    }
}

上述代码的执行逻辑如下：

1. 先打印全局变量数组txbuf[16]的16字节数据内容

2. 等待1秒时间间隔

3. 再将全局变量数组txbuf[16]依次写入0-15

4. 再打印全局变量数组txbuf[16]的16字节数据内容

根据上面的理论学习，如果我未勾选NoInit的话，全局数组txbuf[16]应该会在上电复位后由编译器对其清零操作。而勾选NoInit后，全局数组txbuf[16]在上电复位后极可能是脏数据。实验结果会与结论保持一致吗？一起来看看我的串口打印内容

串口打印内容一共分为6行：

1. 第1行为未勾选NoInit时的上电打印数据，可以看到全部为0，即编译器已经将其做了清零操作；

2. 第2行为手动初始化后打印的结果，也符合预期；

3. 第3行为勾选NoInit时的上电打印数据，果然没有初始化清零操作了，看上去就是脏数据；

4. 第4行为手动初始化后打印的结果，符合预期；

5. 第5行为按reset按键后程序重新运行的打印数据。可以看到是上一次初始化的结果，再次验证了编译器未清零操作；

6. 第6行为手动初始化后打印的结果，符合预期；

总结

在一些无须清零RAM的应用场景，或者需要保留RAM的应用场景下，Keil提供给了程序员控制BSS段的RAM清零与否的有效手段。大家根据自已的项目需求而参与设计实现吧！