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RTOS中如何確定任務堆棧的大小?

strongerHuang ? 來源:麥克泰技術 ? 作者:麥克泰技術 ? 2022-06-02 14:32 ? 次閱讀

基于RTOS的應用中,每個任務都擁有自己的堆棧空間。堆棧設置過大,會造成內存資源浪費;設置過小,可能導致運行過程中的任務棧溢出,從而導致一些奇怪的系統行為。

事實上,當應用程序行為“奇怪”時,我們首先想到的就是堆棧大小不足。

但任務所需的堆棧大小與具體應用相關,如何確定任務堆棧的大小?

通過分析任務實現,我們可以通過手動計算的方法獲取任務所需的堆棧空間:

1.所有函數嵌套調用所需的內存

對于每個層級的函數調用:

根據CPU架構,存儲一個指向函數調用返回地址的指針。一些CPU實際上將函數返回地址保存在特殊寄存器中(通常稱為鏈接寄存器LR)。但如果該函數嵌套調用其它函數,則調用者必須保存鏈接寄存器的內容,因此,計算時我們假設指針也被壓入堆棧。

函數調用時,傳遞參數所需的內存。參數通常使用寄存器傳遞,但同樣,如果一個函數調用其它函數,寄存器內容需要保存到堆棧中。因此,假設使用堆棧傳遞所有參數以確定任務堆棧的大小。

存儲函數的局部變量所需內存空間。

用于函數運行過程中內部狀態保存所需的堆棧空間。

2.完整的CPU上下文存儲空間,上下文通常指CPU的寄存器現場,如果需要FPU功能,還需保存相應的FPU寄存器

3.中斷處理現場保存。如果沒有獨立的中斷堆棧,還需在任務堆棧中為每個可能嵌套的ISR增加存儲CPU上下文的空間,以及ISR中的局部變量所需的堆棧空間。

將所有這些信息加起來是一件繁瑣的工作,而得到的數字僅是堆棧的最低需求。計算是假定已知代碼的確切路徑,但有時并不可能。例如調用printf()函數時,很難猜測printf()需要多少堆棧空間。為了應用安全,我們還需要在計算值的基礎上,乘以一些安全系數,如1.5到2.0。推算出任務堆棧值后,我們可以通過調試手段進一步優化設置。

許多IDE的調試器都提供了內核感知插件,該插件允許用戶查看某些內核數據結構如任務的狀態,如圖1所示,IAR提供了FreeRTOS感知插件。通過IDE的內核感知插件,應用停止運行時,可以查看當前任務堆棧使用情況,基于插件提供的信息調整任務堆棧設置,但只能獲得某個瞬間的快照。

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圖1IDE提供的內核感知功能

為了實時監控任務堆棧使用,優化堆棧設置,我們還可以借助RTOS的可視化分析工具,如Tracealyzer,在運行時監控堆棧使用情況。通過堆棧使用視圖顯示隨時間的變化,每個任務使用或未使用的堆棧數量,從而調整任務堆棧設置,優化內存使用。

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圖2Tracealyzer的堆棧使用捕獲

一般來說,任務堆棧可以從一個比較大的堆棧空間開始,在運行時監視堆棧空間的使用情況,以查看應用程序運行一段時間后實際使用了多少堆棧空間。基于可視化分析,用戶可以更清晰直觀的掌握系統中內存的使用情況,進而開發出更高質量的代碼。

審核編輯 :李倩

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原文標題:如何設置RTOS任務的堆棧大小?

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