1.为什么要优化内存？
在嵌入式开发中，内存是一项关键资源。优化单片机的内存使用对于提高性能、节约成本、扩展功能、降低能耗和提高可靠性都有重要意义。在嵌入式系统开发中，充分利用有限的内存资源，合理规划和管理内存使用是非常关键的工作。具体来讲，优化内存往往出于以下几个原因：
节约成本：单片机的内存是有限的资源，内存容量越大，成本越高。通过优化内存使用，可以减少芯片成本，特别是在大规模生产中，成本的降低是非常重要的考虑因素。
提高性能：内存的读写速度相对于外部存储器较快，优化内存使用可以提高程序的执行效率和响应速度。内存优化可以减少访问外部存储器的次数，减少读写延迟，提高系统的性能。
扩展功能：某些单片机的内存容量有限，如果内存不足以支持需要的功能和算法，可能无法实现复杂的应用需求。通过优化内存使用，可以释放出更多的内存空间，以便支持更多的功能和算法。
提高可靠性：内存的稳定性对于系统的可靠性至关重要。合理优化内存使用可以减少内存碎片、减少指针错误、避免内存泄漏等问题，提高系统的稳定性和可靠性。
节约能耗：内存的使用也会影响功耗消耗。内存容量越大，读写功耗也会相应增加。通过优化内存使用，减少内存访问次数和数据复制，可以降低功耗消耗，延长电池寿命。
2.内存是如何分布的？
在正式开始对单片机内存进行优化之前，首先要对内存分布有一个清晰的认识。通常对于栈生长方向向下的单片机，内存模型和每一段内存所包含的内容如下图所示：
中断向量表段：存放各种中断的处理程序入口地址。
代码段：存放代码信息。
数据段：存放各变量，如未初始化变量、常量、已初始化全局变量和静态变量等。
堆段：存放动态分配的数据。
栈段：存放局部变量和在函数内部定义的非静态变量等。
在对内存分布有初步了解后，我们便可以进入下一阶段了，即确定优化的重点。我们需要确定哪个内存段，哪个功能模块的编译产物体积较大。那如何知道这一部分信息呢？这个时候map文件就开始发挥出它的作用了。
3. map文件浅析
.map 文件是编译器链接时生成的一个文件，它往往分布在output文件夹下，主要包含了交叉链接信息。通过.map 文件，我们可以知道整个工程的函数调用关系、FLASH 和 RAM 占用情况及其详细汇总信息， 能具体到单个源文件（.c/.s）的占用情况，根据这些信息，我们可以对代码进行优化。
要生成.map文件，只需要在Keil里的Listing选项卡里打开以下设置，然后全编译一下，就可以在相应文件夹找到map文件了。
3.1 map文件的基本概念：
为了更好的分析 map 文件，我们先对需要用到的一些基础概念进行一个简单介绍，相关概念如下：
RO: Read Only的缩写,包括只读数据（RO data）和代码（RO code）两部分内容占用FLASH空间。
RW: Read Write 的缩写，包含可读写数据（RW data，有初值，且不为 0），占用 FLASH（存储初值）和 RAM（读写操作） 。
ZI： Zero initialized 的缩写，包含初始化为 0 的数据（ZI data），占用 RAM 空间。
3.2 map信息详解：
.map文件可以分为以下5个组成部分:
程序段交叉引用关系 (Section Cross References)
删除映像未使用的程序段 (RemovingUnused input sections from the image）
映像符号表 (ImageSymbol Table)
映像内存分布图 (MemoryMapoftheimage)
映像组件大小 (Image component sizes）
下面我们就逐个分别来看一下：
3.3 程序段较差引用关系 (Section Cross References)
这部分内容描述了各个文件（.c/.s 等）之间函数（程序段）的调用关系，如下图所示，红色框框中区域所代表的含义是:
main.c文件中的main函数 调用了 led.c文件中的led_init函数。
这一部分的信息可以为我们后续进行内容优化提供关联信息，比如我们想要裁切掉某个没什么用功能的时候，可以查一下这个地方来确定是否关联性较小，裁切之后不会产生什么影响。
3.4 删除映像未使用的程序段 (RemovingUnused input sections from the image）
这部分内容描述了工程中由于未被调用而被删除的冗余程序段（函数/数据），为了便于后续代码维护，可以确认下这里的代码是否后续业务也不会用到，如果没用的话可以直接删掉。如果不希望这一部分代码编译后占用内存的话，可以通过选中选项卡里的One ELF Section per Function选项实现此需求。
3.5 映像符号表 (ImageSymbol Table)
映像符号表（Image Symbol Table）描述了被引用的各个符号（程序段/数据）在存储器 中的存储地址、类型、大小等信息。利用这一部分信息我们可以确定哪些东西占用内存较大，是需要重点来关注的。
3.6 映像内存分布图 (MemoryMapoftheimage)
映像文件分为加载域（Load Region）和运行域（Execution Region），一个加载域必须有至少一个运行域（可以有多个运行域），而一个程序又可以有多个加载域。加载域为映像程序的实际存储区域，而运行域则是 MCU 上电后的运行状态。加载域和运行域的简化关系如下图所示：
RW 区也是存放在 ROM（FLASH）里面的，在执行 main 函数之前，RW（有 初值且不为 0 的变量）数据会被拷贝到 RAM 区，同时还会在 RAM 里面创建 ZI 区（初始化 为 0 的变量）。
了解了加载域和运行域的作用及关系，我们再来看映像内存分布图：
上图列出了所有加载域及其运行域的具体内存分布，我们可以很方便的查看任何一个函数所在的运行域、入口地址、占用空间等信息。如 sys_stm32_clock_init 函数： 该函数在 ER_m_stmflash 运行域；入口地址为：0X0800 2BC8；大小为：0X168 字节；是 sys.c里面的函数。了解这些信息，对我们分析及优化程序非常有用。
3.7 映像组件大小（Image component sizes）
映像组件大小（Image component sizes）给出了整个映像所有代码（.o）占用空间的汇总信息，通过这里我们可以清晰、直观、快速的确定要重点优化的区域，每一段所占用的内存都已经列好，如下图所示。
4.内存优化常用方法
确定完重点要优化的区域后，下面就可以正式根据具体情况开始优化了，下面简单整理了一些内存优化常用的方法，由于笔者水平有限，所以只写了自己知道的一部分，欢迎大家评论区补充。
根据结构体对齐原则检查并调整结构体内变量的定义顺序。
struct替换为union不造成影响的地方优先使用union。
能够使用条件编译(ifdef)的地方就使用条件编译而不使用if 语句。
根据需要选择合适的编译优化选项。
使用尽量小的数据类型。
裁切没有用到并且将来不会用到的功能。
RAM和ROM只有一个内存不足的情况下可以考虑改变变量类型，让变量存在内存充足的区域。
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