三分鐘搞定MCU內(nèi)存溢出

今天我來(lái)講一講MCU開(kāi)發(fā)中的一個(gè)棘手問(wèn)題——內(nèi)存溢出，希望能幫到遇到該問(wèn)題的同學(xué)們。

開(kāi)發(fā)環(huán)境

SDK版本：SDK_2_6_13_FRDM-KW38

SDK下載地址：https://mcuxpresso.nxp.com

開(kāi)發(fā)板：FRDM-KW38

IDE：IAR EmbeddedWorkbench for Arm version 8.50

演示代碼：https://github.com/N40E116/SDK_2_6_13_FRDM-KW38.git

本文總結(jié)了如下三類RAM使用情況的分析：

FreeRTOS RAM

CSTACK

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

FreeRTOS RAM分析

因?yàn)槲覀兪褂玫氖菐?a href="http://srfitnesspt.com/tags/RTOS/" target="_blank">RTOS的工程，所以這里先介紹一下FreeRTOS里stack和heap的管理和分析。

Task Stack分析

每個(gè)task的stack是獨(dú)立分配的，我們使用IAR的FreeRTOS分析插件對(duì)stack進(jìn)行分析，打開(kāi)和使能方式如下：

以上方式針對(duì)的是在線debug時(shí)的分析查看，該方式查看信息較全面，可以在開(kāi)發(fā)階段根據(jù)多數(shù)場(chǎng)景分配合適的stack，但是對(duì)于debugger離線后的溢出檢測(cè)則需要使用FreeRTOS自帶的stack異常檢測(cè)工具，打開(kāi)方式如下，詳細(xì)信息請(qǐng)參考FreeRTOS- stacks and stack overflow checking

#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 2

#if (configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW !=  0)
void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, signed char *pcTaskName)
{
    panic(0,(uint32_t)vApplicationStackOverflowHook,0,0);
}
#endif

FreeRTOS Heap分析

FreeRTOS使用的heap通過(guò)如下宏定義，對(duì)于該Heap的溢出檢測(cè)可以使用FreeRTOS自帶的內(nèi)存分配失敗鉤子函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

#define gTotalHeapSize_c        9000

#define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 1

CSTACK分析

上面章節(jié)我們講了FreeRTOS中task占用stack的檢測(cè)方法，但是對(duì)于RTOS初始化前和中斷處理函數(shù)中用到的CSTACK該如何檢測(cè)呢？

IAR本身集成了CSTACK檢測(cè)功能，會(huì)顯示當(dāng)前棧的使用情況和最大棧深度，開(kāi)發(fā)階段連接debugger，按如下方式設(shè)置后即可查看CSTACK信息。

如果系統(tǒng)產(chǎn)生了CSTACK溢出，我們?cè)撊绾螜z測(cè)哪里產(chǎn)生了這個(gè)溢出呢？這時(shí)我們可以使用IAR的數(shù)據(jù)斷點(diǎn)功能，將棧底位置寫(xiě)入數(shù)據(jù)斷點(diǎn)的break位置，Access type改為Write，這樣只要棧底被修改了，即可產(chǎn)生斷點(diǎn)，根據(jù)代碼break的位置，即可知道是哪里產(chǎn)生了CSTACK溢出。

一個(gè)快速獲得棧底位置的方法，如下圖所示，將鼠標(biāo)放到IAR的CSTACK的進(jìn)度條處即可顯示stack的使用范圍。

對(duì)于debugger離線后的CSTACK溢出檢測(cè)，我們可以通過(guò)初始化棧空間為一個(gè)固定值，例如在線分析時(shí)為0xcd，定時(shí)檢測(cè)棧底上的該值是否有被修改來(lái)檢測(cè)。

如下所示為在idle任務(wù)中進(jìn)入低功耗前增加棧底數(shù)據(jù)的檢測(cè)。

void check_overflow_cstack()
{
    extern uint32_t CHECK_OVERFLOW_CSTACK_SIZE[];
    uint32_t CHECK_OVERFLOW_CSTACK_END = *((uint32_t*)0UL) - (uint32_t)CHECK_OVERFLOW_CSTACK_SIZE;
    if(*(uint32_t*)CHECK_OVERFLOW_CSTACK_END != 0xcdcdcdcd)
    {
        panic(0,(uint32_t)check_overflow_cstack,0,0);
    }
}

void BOARD_EnterLowPowerCb(void)
{
    check_overflow_cstack();
…
}

另外鏈接文件MKW38A512xxx4_PD_connectivity_lp.icf需要增加如下定義：

define exported symbol  CHECK_OVERFLOW_CSTACK_SIZE = __size_cstack__;

動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配

SDK沒(méi)有使用標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的malloc函數(shù)，定義__heap_size__為0，所以用戶不能使用malloc和free函數(shù)。但如果需要?jiǎng)討B(tài)申請(qǐng)內(nèi)存該如何操作呢？SDK的Framework里定義了一套簡(jiǎn)化的內(nèi)存管理函數(shù)MEM_BufferAlloc()和MEM_BufferFree()。

配置文件中需要預(yù)先定義需要的數(shù)據(jù)塊大小和數(shù)量，內(nèi)存申請(qǐng)單元會(huì)從這些內(nèi)存塊中選取滿足大小要求的最小的數(shù)據(jù)塊作為MEM_BufferAlloc()的返回結(jié)果。

#define AppPoolsDetails_c 
         _block_size_  80  _number_of_blocks_    7 _eol_  
         _block_size_ 248   _number_of_blocks_   2 _eol_  
         _block_size_ 312  _number_of_blocks_    1 _eol_  
         _block_size_ 392  _number_of_blocks_    1 _eol_

當(dāng)然如果用戶使用了該內(nèi)存分配方法，則需要根據(jù)應(yīng)用情況，對(duì)應(yīng)地增加內(nèi)存池中的系數(shù)。另外可以使能如下宏定義，查看分析內(nèi)存分配是否合理，具體用法請(qǐng)參考應(yīng)用筆記：

MemoryPool Optimizer on MKW3xA/KW3xZ (nxp.com.cn)。

MEM_DEBUG，MEM_TRACKING，MEM_DEBUG_OUT_OF_MEMORY

以上是我總結(jié)的一些overflow的應(yīng)對(duì)策略，強(qiáng)烈建議大家在開(kāi)發(fā)階段加上這些檢測(cè)措施，因?yàn)閮?nèi)存溢出會(huì)導(dǎo)致各種意想不到的結(jié)果，如果只跟著看到的異?，F(xiàn)象分析，往往會(huì)浪費(fèi)很多不必要的時(shí)間和精力，如果大家有其它應(yīng)對(duì)內(nèi)存溢出的方法，歡迎一起討論學(xué)習(xí)。

審核編輯：湯梓紅