应用程序的内存布局

ESP32-C3 芯片具有灵活的内存映射功能,本小节将介绍 ESP-IDF 默认使用这些功能的方式。

ESP-IDF 应用程序的代码可以放在以下内存区域之一。

IRAM(指令 RAM)

ESP-IDF 将内部 SRAM0 区域(在技术参考手册中有定义)的一部分分配为指令 RAM。除了开始的 64kB 用作 PRO CPU 和 APP CPU 的高速缓存外,剩余内存区域(从 0x400800000x400A0000 )被用来存储应用程序中部分需要在RAM中运行的代码。

一些 ESP-IDF 的组件和 WiFi 协议栈的部分代码通过链接脚本文件被存放到了这块内存区域。

如果一些应用程序的代码需要放在 IRAM 中运行,可以使用 IRAM_ATTR 宏定义进行声明。

#include "esp_attr.h"

void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    // ...
}

下面列举了应用程序中可能或者应该放入 IRAM 中运行例子。

  • 当注册中断处理程序的时候设置了 ESP_INTR_FLAG_IRAM ,那么中断处理程序就必须要放在 IRAM 中运行。这种情况下,ISR 只能调用存放在 IRAM 或者 ROM 中的函数。 注意 :目前所有 FreeRTOS 的 API 都已经存放到了 IRAM 中,所以在中断中调用 FreeRTOS 的中断专属 API 是安全的。如果将 ISR 放在 IRAM 中运行,那么必须使用宏定义 DRAM_ATTR 将该 ISR 用到所有常量数据和调用的函数(包括但不限于 const char 数组)放入 DRAM 中。

  • 可以将一些时间关键的代码放在 IRAM 中,这样可以缩减从 Flash 加载代码所消耗的时间。ESP32-C3 是通过 32kB 的高速缓存来从外部 Flash 中读取代码和数据的,将函数放在 IRAM 中运行可以减少由高速缓存未命中引起的时间延迟。

IROM(代码从 Flash 中运行)

如果一个函数没有被显式地声明放在 IRAM 或者 RTC 内存中,则将其置于 Flash 中。Flash 技术参考手册中介绍了 Flash MMU 允许代码从 Flash 执行的机制。ESP-IDF 将从 Flash 中执行的代码放在 0x400D0000 0x40400000 区域的开始,在启动阶段,二级引导程序会初始化 Flash MMU,将代码在 Flash 中的位置映射到这个区域的开头。对这个区域的访问会被透明地缓存到 0x40070000 0x40080000 范围内的两个 32kB 的块中。

请注意,使用 Window ABI CALLx 指令可能无法访问 0x40000000 0x40400000 区域以外的代码,所以要特别留意应用程序是否使用了 0x40400000 0x40800000 或者 0x40800000 0x40C00000 区域,ESP-IDF 默认不会使用这两个区域。

RTC 快速内存

从深度睡眠模式唤醒后必须要运行的代码要放在 RTC 内存中,更多信息请查阅文档 深度睡眠

DRAM(数据 RAM)

链接器将非常量静态数据和零初始化数据放入 0x3FFB0000 — 0x3FFF0000 这 256kB 的区域。注意,如果使用蓝牙堆栈,此区域会减少 64kB(通过将起始地址移至 0x3FFC0000 )。如果使用了内存跟踪的功能,该区域的长度还要减少 16kB 或者 32kB。放置静态数据后,留在此区域中的剩余空间都用作运行时堆。

常量数据也可以放在 DRAM 中,例如,用在 ISR 中的常量数据(参见上面 IRAM 部分的介绍),为此需要使用 DRAM_ATTR 宏来声明。

DRAM_ATTR const char[] format_string = "%p %x";
char buffer[64];
sprintf(buffer, format_string, ptr, val);

毋庸置疑,不建议在 ISR 中使用 printf 和其余输出函数。出于调试的目的,可以在 ISR 中使用 ESP_EARLY_LOGx 来输出日志,不过要确保将 TAG 和格式字符串都放在了 DRAM 中。

__NOINIT_ATTR 可以用来声明将数据放在 .noinit 段中,放在此段中的数据不会在启动时被初始化,并且在软件重启后会保留原来的值。

例子:

__NOINIT_ATTR uint32_t noinit_data;

DROM(数据存储在 Flash 中)

默认情况下,链接器将常量数据放入一个 4MB 区域 (0x3F400000 — 0x3F800000) ,该区域用于通过 Flash MMU 和高速缓存来访问外部 Flash。一种特例情况是,字面量会被编译器嵌入到应用程序代码中。

RTC 慢速内存

从 RTC 内存运行的代码(例如深度睡眠模块的代码)使用的全局和静态变量必须要放在 RTC 慢速内存中。更多详细说明请查看文档 深度睡眠

RTC_NOINIT_ATTR 用来声明将数据放入 RTC 慢速内存中,该数据在深度睡眠唤醒后将保持不变。

例子:

RTC_NOINIT_ATTR uint32_t rtc_noinit_data;

DMA 能力要求

大多数的 DMA 控制器(比如 SPI,SDMMC 等)都要求发送/接收缓冲区放在 DRAM 中,并且按字对齐。我们建议将 DMA 缓冲区放在静态变量中而不是堆栈中。使用 DMA_ATTR 宏可以声明该全局/本地的静态变量具备 DMA 能力,例如:

DMA_ATTR uint8_t buffer[]="I want to send something";

void app_main()
{
    // 初始化代码...
    spi_transaction_t temp = {
        .tx_buffer = buffer,
        .length = 8*sizeof(buffer),
    };
    spi_device_transmit( spi, &temp );
    // 其他程序
}

或者:

void app_main()
{
    DMA_ATTR static uint8_t buffer[]="I want to send something";
    // 初始化代码...
    spi_transaction_t temp = {
        .tx_buffer = buffer,
        .length = 8*sizeof(buffer),
    };
    spi_device_transmit( spi, &temp );
    // 其他程序
}

在堆栈中放置 DMA 缓冲区仍然是允许的,但是你必须记住:

menuconfig 中使能 SPIRAM_ALLOW_STACK_EXTERNAL_MEMORY ),所以请确保你的任务不在 pSRAM 中。

  • 在函数中使用 WORD_ALIGNED_ATTR

    宏来修饰变量,将其放在适当的位置上,比如:

    void app_main()
    {
       uint8_t stuff;
       WORD_ALIGNED_ATTR uint8_t buffer[]="I want to send something";   //否则buffer数组会被存储在stuff变量的后面
       // 初始化代码...
       spi_transaction_t temp = {
          .tx_buffer = buffer,
          .length = 8*sizeof(buffer),
       };
       spi_device_transmit( spi, &temp );
       // 其他程序
    }