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调试调到怀疑人生,heap我对你的误解有多深

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watershade 发布时间:2019-4-2 21:41
这几天在调试自己写的一个FreeRTOS的程序。程序稍微有点大,用的是F0内核的MCU。ROM只有16K。5 b/ v+ \  O6 r, [8 H5 P
因为我的程序内部要自己用allloc开辟一部分空间,而因为使用了多个任务和MailQueue整个空间的占用可想而知。
% H5 G$ U. N  |5 {6 t+ U& n所以我设置FreeRTOS的heap空间5120,考虑到别的占用。所以总共分的heap是5K+2K。这时候RTOS跑不起来了。' }2 n% t2 U! }  Z0 q$ j
当然我的Stack也分了2K。所以我谨慎的分了8K,还不行。这时候我把FreeRTOS的heap空间扩大了。这时候竟然连编译都通不过了。
/ Y- J0 K0 }' I/ b9 f9 ^我还在怀疑是不是我的程序有什么问题。
- G/ s7 c9 J0 U$ }直到今晚,我才解开这个问题。只怪我学艺不精,对heap的理解有点想当然。(差不多有快一年没有耐心做大项目了,所以之前掌握的本就似是而非的知识就成了埋在调试路上的陷阱。)
2 C3 G% G& T& z原来,F0和其它的系列是一样的。都是双堆栈指针:MSP(Main Stack Pointer主堆栈指针)和PSP(Process Stack Pointer)。这种设计非常适合RTOS的设计。MSP顾名思义是给系统栈使用的。PSP是给进程栈使用的。在RTOS运行中,整个栈空间是由PSP管理的。而切换到ISR中则使用MSP。5 B. P- a+ m8 F$ v
这点其实我是知道的,知识印象有些模糊。但我真正不知道的在于下面一点。.s文件中的heap只管分配给MSP。
: _7 Q) Y$ c. Q/ m7 B# E4 MSTM32cubemx中有个简单的估算heap大小的方法。(因为不包含MailQueue,所以尺寸你可以适当在上面增加一下mempool的大小。)我习惯的做法就是将两个数加起来设置一下heap但是这次遇见问题了。我给.s文件中的heap设置的越大,就表示msp管理的heap越大,因为整个空间有限。我的psp占用的栈就小了。所以在我上面的列子中。psp也许需要超过5K的空间,这时候因为我的MSP分配的多了。就导致编译通不过。这时候我就设法扩大PSP的空间,但是因为理解错误,我就需要确保.s分配的空间大于5K。所以这时候我发现我的FreeRTOS的最大空间不能扩大了。7 S% @6 L7 i+ o& ~' m8 f
) D" y. a# G* ?" Z) x4 f  \, R
那现在整么解决呐。很简单就是把.s的空间设置小一点。不如2K。一般够我的程序用了。而stack也是2k。所以我的FreeRTOS的heap配置可以扩大。比如8K.这时候我发现问题解决了。那一切问题就要有官方介绍才成。8 ~& U8 G  l5 ?& I
$ S% P' J4 A# W; g( R* {
arm官网的介绍:http://www.keil.com/support/docs/4049.htm 这里面给了几个链接说明。可以看一下。/ J! C; i5 v3 f. y6 ]
mainSteak.jpg " c) n2 e" [3 M2 g/ g/ g" t; v/ ^
# f/ b8 g  b. Z. v: A& E
这个问题无意间才发现的。要不是调试调到怀疑人生,我将会对.s的heap误解越来越深。5 o# k; V! o- r
赞 收藏 3 评论12 发布时间:2019-4-2 21:41

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12个回答
watershade 回答时间:2019-4-3 00:34:06
本帖最后由 watershade 于 2019-4-3 17:19 编辑
- e+ I1 p' M& C( z1 D; U; z- C6 v: A
) W# v$ e4 Y9 }0 R帖子应该移到哪个区?(谢谢管理员将它移动到了RTOS区)$ y( U9 y# ?# J6 V6 W
jeffhe1 回答时间:2019-4-3 08:39:26
真是大神, 厲害的文章
一代睡神的崛起 回答时间:2019-4-3 08:41:56
谢谢分享,学习了5 t. w  ?! \) q- k+ p9 D
sky_han 回答时间:2019-4-3 08:58:11
。MSP顾名思义是给系统栈使用的。PSP是给进程栈使用的。在RTOS运行中,整个栈空间是由PSP管理的。而切换到ISR中则使用MSP。# _  a! B" r4 L( @
& m  _- |$ @% _# d. l+ I/ w0 s! R
这个是大家都知道的,不知道的是?
: v9 G: U% ?. _7 F9 q
9 l' y8 g9 f  f7 V, DMSP和PSP各有各自的HEAP。
% E8 w" a" r+ a
/ J' u9 I' R. ?) D5 z% X
tanic 回答时间:2019-4-3 09:46:59
MSP用的.s分配的   PSP用的rtos 通过宏分配的?
七哥 回答时间:2019-4-3 10:02:07
tanic 发表于 2019-4-3 09:46
3 O2 T# S: u/ i' ^% J7 c" ^MSP用的.s分配的   PSP用的rtos 通过宏分配的?
$ Z- {- ?5 `% i/ L
学习了
Kevin_G 回答时间:2019-4-3 10:11:40
厉害
watershade 回答时间:2019-4-3 17:17:25
tanic 发表于 2019-4-3 09:465 t2 X9 B6 m, ?. d! [6 z
MSP用的.s分配的   PSP用的rtos 通过宏分配的?
% E& k7 {" \. G4 X" ~- Y: \
是的
watershade 回答时间:2019-4-3 17:18:00
sky_han 发表于 2019-4-3 08:58
6 E' Q, j9 `5 |9 l。MSP顾名思义是给系统栈使用的。PSP是给进程栈使用的。在RTOS运行中,整个栈空间是由PSP管理的。而切换到I ...
& d1 y3 ?4 i& E) }) Z
我不知道的是.s只管msp
Cortexxx 回答时间:2019-4-9 09:30:01
有个小问题
$ {1 G0 h' X8 h3 K' j; r
  1. xTaskCreate(FactoryTask,"Factory",128, 0, 3, NULL);
复制代码
  1.         BaseType_t xTaskCreate(        TaskFunction_t pxTaskCode,0 C4 c  D7 u+ M' U  \
  2.                                                         const char * const pcName,! z5 T& L% S, X7 @4 [+ w; t
  3.                                                         const uint16_t usStackDepth,; o! O  O6 [0 q* t2 T# `
  4.                                                         void * const pvParameters,
    2 p( ]0 L; O( N$ F' _9 D
  5.                                                         UBaseType_t uxPriority,
    * `4 U: r+ p% Y/ c9 Z
  6.                                                         TaskHandle_t * const pxCreatedTask ) /*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
复制代码

5 v- {- g- @6 [! D- w
3 T. l( {5 ?, E5 M这个代码的第三个参数 128 申请的是stack还是Heap? 3 R9 A$ X. l. i; U+ `- Q9 P4 _
我进到这个function里面看到它用malloc开了一块内存,故认为是开辟的是heap空间,
' Y* |& C( u2 f9 |$ c但是他的形参名称为什么是 StackDepth。 这点我就很糊涂了,到底这个128*4 stack 还是heap?
watershade 回答时间:2019-4-15 13:06:24
Cortexxx 发表于 2019-4-9 09:30# Z6 |; |1 F5 k& \
有个小问题
- w6 q% x9 H) m# G
不好意思,这几天没有看论坛。
- z$ I1 h5 B3 A6 H; q5 p下图是从freeRTOS v10.0.0的手册上截图的。(这个手册freeRTOS官方可免费下载) frtos_heap_stack.jpg 8 X' h; G6 r" ~* l2 O& M
手册提到了动态创建和静态创建两种内存分配方法。我的上面提到的TOTAL_HEAP_SIZE其实只在动态创建的时候才有效.
$ f( O8 A" M8 y) `+ h在动态分配的时候,需要先指定heap的总共大小。但这段memory并不是划出来不用的。所有的task,queue和semaphore创建的时候都要从这里面划分。而对于任务的动态创建,TCB和stack都是从heap里面分配的。但如果使用静态创建,那这个任务就是在编译环节分配的。不是程序在heap里面动态分配的。
8 ^7 I- w, N  \) o
) R9 `' E. K. [7 S% X9 d& p% L~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
; |  G! f! v, M. q& H2 w0 ~  `) m如果你看st封装的cmsis-rtos,他的程序创建使用的是osThreadCreate.而freeRTOS的memory allocation分为三种:一种是Dynamic,另一种是Static,第三种是Dynamic/Static。但本质上使用的还是上图提到的两个functions:xTaskCreate和xTaskCreateStatic) X0 H5 _7 W* C& }; }* t
图片里展示了主要的内容。你可以试着将memory allocate改成static,你会看到heap的大小选择没有了。
3 Q! A/ d3 d8 K. ?; S2 | frtos_heap_stack_2.jpg frtos_heap_stack_3.jpg
1 D, e5 \& D# K- Z- H
0 J1 }4 y* v6 m" b. K~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~  s9 |0 x" a' E! i+ V+ i  R
这是我个人的理解,如果你有疑问或者不同意。可以留言给我,咱们交流交流。谢谢8 \0 |, |9 N2 v
Cortexxx 回答时间:2019-4-16 08:56:04
watershade 发表于 2019-4-15 13:06
( c. B& G) o7 Y' i不好意思,这几天没有看论坛。
: k5 m5 [" D% U2 c+ D' E下图是从freeRTOS v10.0.0的手册上截图的。(这个手册freeRTOS官方可免费 ...

, ?& N* n; m0 L7 r* [. q, _感谢回复 了解了 XDDD7 w: C- [4 E8 r& P! Z$ S5 n

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