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社区首页 >专栏 >STM32CubeMX FreeRTOS堆栈分配、调试技巧

STM32CubeMX FreeRTOS堆栈分配、调试技巧

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杨源鑫
发布2021-03-15 14:20:15
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发布2021-03-15 14:20:15
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文章被收录于专栏:嵌入式开发圈嵌入式开发圈

这部分很重要,如果选择的单片机RAM比较吃紧,那就要精打细算了。 这个问题牵连了不少容易混淆的概念,我在学习的时候也翻了很多帖子,按照自己的理解梳理了一下,有错误请评论区或私信指出。 参考博客:

代码语言:javascript
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https://www.cnblogs.com/CaesarTao/p/9816965.html

先是RAM,我选用的是stm32f103RBT6,有20K的RAM。 这20K被分为4大部分:

其中 “内部用,中断向量等” 这块是系统固定的,我们不需要管。 其中的HEAP和STACK,他们跟FreeRTOS里的堆和栈没有关系。 为了避免弄混,我们把这里的HEAP称为系统堆,把这里的STACK称为系统栈

在裸机编程中:

成分

描述

系统堆HEAP

当我们使用malloc函数申请内存时,就是从这里申请的,它必须由程序员提前定义好大小,如果空间不足,malloc会申请失败。目前我了解到的,它就这一个作用。

系统栈STACK

用来存储临时变量、函数的参数等等,当我们进行函数嵌套时,进入函数前,是要进行保存现场的工作的,等执行完函数跳回到原来位置时,需要恢复现场,而保存现场所使用的内存,就是从系统栈中获取的,如果系统栈不足,就会出现常说的栈溢出,导致程序跑飞。与系统堆不同的是,系统栈可以不提前规定大小,不影响程序运行。

全局区

用来存储全局变量、静态变量

在stm32工程的启动文件中,堆系统堆和系统栈定义了大小:

Stack_Size默认为0x400 1024byte Heap_Size默认为0x200 512byte

对于系统堆Heap,如果你用malloc申请了一个600byte的空间,那么会申请失败(按道理是这样、没实验过) 而对于系统栈Stack来说,这里限定的1024byte并不限定程序实际使用的大小,只是调试的时候会提示错误(也没试验过)

综上,我的理解是,如果不用malloc,这两个默认值是不用改的。

按照这个默认值来算,这才占用了1.5K的空间,所以大部分RAM空间都属于全局区。

在FreeRTOS中: 在CubeMX配置时,我们配置了一个TOTAL_HEAP_SIZE

虽然叫HEAP,但跟系统堆没关系,我们暂且叫RTOS堆。 RTOS堆使用的空间,是从全局区申请的。

成分

描述

RTOS堆

在FreeRTOS初始化时,定义了大小,属于系统的全局区部分。FreeRTOS使用的全部RAM,都从这里分配,包括任务栈、队列、pvPortMalloc()申请的空间等等

所以在一个FreeRTOS工程里,只要不闲着没事用malloc(),就不用管系统堆和系统栈了,况且FreeRTOS中并不推荐用malloc(),而是用pvPortMalloc()代替,二者的区别就是,前者在系统堆中分配空间,后者在RTOS堆中分配空间。

所以第一件事,就是合理设定一个TOTAL_HEAP_SIZE,总共的RAM有20K,我们可以先把它设为10K。

FreeRTOS提供了一个API:

代码语言:javascript
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//获取剩余的堆空间
xPortGetFreeHeapSize();

可以获取剩余的堆空间,在适当的位置打印出来,再进行优化,另外如果某个任务创建失败,一般就是堆空间不足,调试的时候把创建任务的结果打印出来比较好。

任务栈

成分

描述

任务栈

任务运行所需的空间,从RTOS堆中申请空间。用来存储任务中的变量,函数嵌套保存现场所需的空间等等

任务栈在任务创建时设定

代码语言:javascript
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osThreadDef(Interactive_TASK,Interactive_Task, osPriorityNormal, 0, 128);
osThreadCreate(osThread(Interactive_TASK), NULL);

单位是word,1word=4byte,栈溢出有可能会导致系统崩溃,现象往往是程序卡住,栈溢出原因是任务栈不足。 如何知晓一个任务栈不足呢?FreeRTOS提供了一个API

代码语言:javascript
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uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL);

HighWaterMark译为高水位,返回值是任务创建至今任务栈剩余量的最小值,这个值越接近0,任务越有栈溢出的风险,一般要留有一定的余量。

做一个小测试:

代码语言:javascript
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//测试任务
osThreadDef(TEST_TASK,test_Task, osPriorityNormal, 0, 128);
osThreadCreate(osThread(TEST_TASK), NULL);//创建测试任务
//测试任务
void test_Task()
{
  for(;;)
  {
    //打印剩余的任务栈
    printf("TEST剩余栈%d\r\n",(int)uxTaskGetStackHighWaterMark(NULL));
    osDelay(1000);
  }
}

测试结果:

可以大体推得,一个空任务占用的任务栈大概为128 - 52 = 76 word

与裸机编程类似,在任务中进行函数嵌套时,进入函数前,需要保存现场,保存现场的空间也是从任务栈中分配的,因此在RAM比较吃紧的情况下,要尽量避免过多的函数嵌套。

使用FreeRTOS后,反而不经常使用在线仿真,大多数时候用printf打印LOG。

代码和测试视频在这里:

代码语言:javascript
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https://oshwhub.com/doee/wai-mai-zi-ti-gui-she-bei-duan-z
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原始发表:2021-02-23,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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