這是我第一次使用FreeRTOS構建STM32的專案，踩了好些坑，又發現了我缺乏對于作業系統的記憶體及其空間的分配的知識，故寫下檔案記錄學習成果，
文章最后要解決的問題是，如何恰當地分配FreeRTOS中的堆、任務堆疊的空間，但是在概念的理解上，也需要知道STM32記憶體的相關知識，所以首先大致介紹一下STM32的記憶體結構，
STM32記憶體結構
STM32的資料在物理上分別儲存在RAM和Flash中，RAM可讀可寫，掉電清零，Flash可讀不可寫，但能掉電儲存，并且一般空間比RAM大很多，
在關于如何使用RAM和Flash的問題上，STM32的記憶體又有了６個儲存資料段和３種儲存屬性區的概念，
６個儲存資料段
data
資料段，儲存已初始化的，且初始化不為0的全域變數和靜態變數，
bss
Block Started by Symbol，儲存未初始化的，或初始化為0的全域變數和靜態變數，
text
代碼段，儲存程式代碼，
constdata
儲存只讀常量，
heap
堆，存放行程運行中被動態分配的記憶體段，其可用大小定義在啟動檔案startup_stm32fxx.s中，由程式員使用malloc()和free()函式進行分配和釋放，
stack
堆疊，其大小定義在啟動檔案startup_stm32fxx.s中，由系統自動分配和釋放，可存放區域變數、函式的引數和回傳值，中斷發生時能保存現場，但是static宣告的區域靜態變數不儲存在堆疊中，而是放在data資料段，
3種儲存屬性區
RO(Read Only)
燒寫到Flash中，可以長久保存，text代碼段和constdata都屬于RO，由于需要掉電儲存，RO里也保存了一份data的資料，
RW(Read Write)
儲存在RAM中，data屬于此區，上電時單片機會將Flash中保存的data型別資料復制到RAM中，以供讀寫使用，
ZI(Zero Init)
零初始化區，同樣儲存在RAM里，系統上電時會把此區域的資料進行0初始化，bss，heap，stack均屬于這個區域，
小結
STM32的RAM上有RW和ZI兩個屬性區，里邊包含了data，bss，堆（heap），堆疊（stack）這幾個資料段，這里是程式運行的所在，
Flash中有RO區，包含了text、constdata和data三個段，這里則是程式本體所在，
FreeRTOS中的堆
FreeRTOS中的堆也屬于ZI區，但是它與STM32記憶體結構中的堆并不占用相同的空間，兩個堆同時存在，以下出現的堆(heap)表示FreeRTOS堆，另外在STM32啟動檔案中定義大小的堆稱為系統堆，
FreeRTOS內核主要使用的記憶體管理函式為：
void *pvPortMalloc( size_t xSize ); //申請記憶體
void vPortFree( void *pv ); //釋放記憶體
以上函式控制的是FreeRTOS堆；系統堆則應使用malloc()和free()來分配和釋放，
FreeRTOS有5種heap的實作方式，在STM32CubeMX中默認為heap_4.c，這種方式可以滿足大部分使用需求，暫時不用關注其實作細節，
這一個堆的大小定義在FreeRTOSConfig.c中：
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)3072)
FreeRTOS創建任務時默認的任務堆疊大小為128字，在32位系統中即為128*4=512Byte，再加上TCB塊占用84Byte，一共596Byte，而大小為3072Byte的堆允許創建3個這樣的任務，占用約1800Byte，堆中剩余的部分則存放了系統內核、信號量、佇列、任務通知等資料，
需要創建更多任務時，堆的大小可自行修改，用RAM的空間減去已分配的空間，即為能給堆分配的最大空間：
\[Space = RAM - bss - data - SysHeap - Stack \]FreeRTOS堆和任務空間分配技巧
FreeRTOS堆和任務堆疊在運行中具有很強的動態性，其大小很難估計，
我們在實際使用中，可以先把空間調整得大一些，程式正常運行后，再通過一些API查看堆疊剩余的空間大小，估算程式運行中需求記憶體空間的最大值，最后將這個最大值乘一個安全系數，得到最終應該分配的空間大小，安全系數推薦1.3到1.5，
查看堆(heap)剩余空間的API有：
size_t xPortGetFreeHeapSize( void ); //獲取當前未分配的記憶體堆大小
size_t xPortGetMinimumEverFreeHeapSize( void ); //獲取未分配的記憶體堆歷史最小值
它們回傳值的單位都是位元組，
需要注意的是，xPortGetFreeHeapSize() 在使用heap_3.c時不能被呼叫；xPortGetMinimumEverFreeHeapSize()則只能在使用heap_4.c或heap_5.c時生效，
FreeRTOS中也有查看任務堆疊剩余空間的API：
UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask );
這個函式可以獲取一個任務從創建好到呼叫此函式時，任務堆疊空間的歷史最小剩余值(HighWaterMark)，使用這個函式時需注意，它的回傳值的單位是字（STM32里1個字長為4個位元組），
這個API默認是關閉狀態，需要手動在Cubemx（或組態檔中）將宏INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark置為1，
我在使用過這些API后發現，他們本身也會占用相當的記憶體空間，尤其是uxTaskGetStackHighWaterMark()，會拖慢任務運行速度，所以在程式的正式版中，應該將他們洗掉，
轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/caozuo/273097.html
標籤：其他
上一篇：Linux命令的應用