Statische Speicherzuordnung in Mikrocontrollern

Holmes: Mein Lieber, sag mir nicht wo wir sind?
Shepherd: Du bist in einem Ballon !!!
Holmes: Sie müssen Programmierer sein.
Shepherd: Ja, aber wie haben Sie es erraten?
Holmes: Nur ein Programmierer kann so genau und genau geben
mit solch einer nutzlosen Antwort.

... Auszug aus einem berühmten Witz

Wenn Sie jemals für einen Mikrocontroller programmiert haben, spielt es keine Rolle, die Arduino IDE zu verwenden oder direkt mit einem Compiler für AVR, ARM oder ESP zu arbeiten

Sketch uses 1,090 bytes (3%) of program storage space. Maximum is 30,720 bytes.
Global variables use 21 bytes (1%) of dynamic memory, leaving 2,027 bytes for local variables. Maximum is 2,048 bytes.

 text data   bss   dec  hex filename
52136 1148 12076 65360 ff50 MyProject

… , . , , . new malloc . . , .

, . , . – .

( – , C++). .

, 3 :

• – : ,
• (heap) – , ( ) . malloc new
• – , .

. Arduino IDE Arduino Nano.

( ). , .

Global variables use 21 bytes (1%) of dynamic memory, leaving 2,027 bytes for local variables. Maximum is 2,048 bytes.

.

int * buf;
void setup()
{
  buf = new int[3000];
}
void loop() {}

. , . , . , , , . . ?

, , ! , 2, 3000 2 . . , , - . , … , .

? . , , . ?

.

int buf[300];
 
void setup()
{
  buf[0] = 1; //Avoid optimizing this array
}
 
void loop()
{
}

300*2=600 , . , , objdump (, , Arduino IDE )

cd C:\Users\GrafAlex\AppData\Local\Temp\arduino_build_55567
"C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\tools\avr\bin\avr-objdump.exe" -x -D -S -s StaticMem.ino.elf
…
00800100 l 	O .bss      	00000258 buf
…

0x00800100 , , 0x258 (600 ).

3000 . «»

Sketch uses 456 bytes (1%) of program storage space. Maximum is 30,720 bytes.
Global variables use 6,009 bytes (293%) of dynamic memory, leaving -3,961 bytes for local variables. Maximum is 2,048 bytes.
...
Not enough memory; see http://www.arduino.cc/en/Guide/Troubleshooting#size for tips on reducing your footprint.

, – , .

, . , , . , – , /, . , ( ).

// static. – cpp .

static int buf[300];
 
void setup()
{
  buf[0] = 1; //Avoid optimizing this array
}

cpp , extern, .

extern int buf[300];

void foo()
{
    buf[0]++;
}

, buf

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\cores\arduino/main.cpp:47: undefined reference to `buf'

buf static, cpp !

static int buf[300];

void foo()
{
    buf[0]++;
}

objdump

0080036a l     O .bss	00000258 _ZL3buf.lto_priv.12
00800112 l     O .bss	00000258 _ZL3buf.lto_priv.13

namespace

namespace , . .

namespace
{
int buf[300];
}

.

class A
{
    static int buf[300];
public:
    int * getBuf()
    {
        return buf;
    }
};

int A::buf[300];
 
void setup() {}

void loop()
{
    A a;
    a.getBuf()[0] += 1;
}

, A ( , loop()), . , .

00800100 l     O .bss	00000258 A::buf

, , .

int getCounter()
{
    static int counter = 0;
    return ++counter;
}

void setup() 
{
    Serial.begin(9600);
}

void loop()
{
    Serial.println(getCounter());
}

counter . getCounter(),

00800116 l     O .bss	00000002 getCounter()::counter

( ) , «» — getCounter() .

.

int * getBuf()
{
  static int buf[300];
  return buf;
}

C++ , buf getBuf(), , .bss ( , ).

int * getBuf()
{
  static int buf[300] = {1, 2, 3};
  return buf;
}

, 600 , .

class Buf
{
public:
  int buf[300];
 
  Buf(int v)
  {
	buf[1] = v;
  }
};
 
int * getBuf()
{
  static Buf buf(1234);
  return buf.buf;
}

, - getBuf(). AVR (ATMega) , . , .. , getBuf(), .

ARM (, STM32) . 60 . , ARM ++ ( getBuf()).

, , ? undefined behavior, g++ recursive_init_error. , , . ( 60), .

– -fno-threadsafe-statics, , , .

, — , . , .

class Singleton
{
    int buf[300];

public:
    static Singleton & getInstance()
    {
        static Singleton instance;
        return instance;
    }
    
    int * getBuf()
    {
        return buf;    
    }
};

void setup() 
{
    Serial.begin(9600);
    Singleton::getInstance().getBuf()[42] = 10;
}

void loop()
{
    Serial.println(Singleton::getInstance().getBuf()[42]);
}

— , . , / // . .

00800116 l     O .bss	00000258 Singleton::getInstance()::instance

, buf . instance, . objdump . Singleton buf , objdump .

, . .

, , . ARM (STM32, nRF, NXP) ESP8266 ( «» ). AVR ( Arduino ), 1-4. MCS51, .

(new, malloc), ( STM Cube, Arduino), , .

, . , .

. . , .

, . , .

. . .

UPD: FreeRTOS