FreeRTOS中的任務(wù)堆棧溢出檢測(cè)機(jī)制

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在FreeRTOS中，每個(gè)任務(wù)都擁有自己的堆棧，該堆棧的大小由創(chuàng)建任務(wù)時(shí)xTaskCreate函數(shù)的函數(shù)參數(shù)所決定。

但當(dāng)任務(wù)所使用的堆?？臻g超出分配給它的空間時(shí)，則會(huì)發(fā)生堆棧溢出，堆棧溢出可能修改超過(guò)合法訪問(wèn)地址范圍外的數(shù)據(jù)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致Hardfault令系統(tǒng)崩潰。

如何設(shè)定合理的任務(wù)堆棧大小以避免發(fā)生堆棧溢出問(wèn)題呢？

首先我們需要根據(jù)任務(wù)函數(shù)運(yùn)行過(guò)程中的理論堆棧使用最大值，在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)設(shè)定一個(gè)合理的任務(wù)堆棧大小，并實(shí)際運(yùn)行程序進(jìn)行測(cè)試，來(lái)確保系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生堆棧溢出。

FreeRTOS中的任務(wù)堆棧溢出檢測(cè)機(jī)制：

在FreeRTOS中，也提供了一些API函數(shù)用來(lái)檢測(cè)任務(wù)堆棧的使用情況，例如：

uxTaskGetStackHighWaterMark (TaskHandle_t xTask)——返回自任務(wù)運(yùn)行以來(lái)剩余可用堆?？臻g的最小值

要使用上述函數(shù)，需要在FreeRTOSConfig.h頭文件中使能宏“#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark      1”。該函數(shù)會(huì)返回任務(wù)運(yùn)行過(guò)程中剩余可用堆?？臻g的最小值，即任務(wù)運(yùn)行過(guò)程中堆棧最大使用量時(shí)還剩余多少空間，如果函數(shù)返回0則說(shuō)明可能發(fā)生了任務(wù)堆棧溢出。在應(yīng)用中調(diào)用該函數(shù)可以幫助了解任務(wù)堆棧的一個(gè)實(shí)際使用情況。

FreeRTOS中還提供了兩種堆棧溢出檢測(cè)方式，需要在FreeRTOSconfig.h頭文件中通過(guò)宏#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW  來(lái)進(jìn)行選擇使能：

兩種檢測(cè)方式在檢測(cè)原理上存在一些差別，檢測(cè)方式1是檢測(cè)運(yùn)行過(guò)程中的任務(wù)棧指針，檢測(cè)方式2則是檢測(cè)初始化后的數(shù)據(jù)在運(yùn)行過(guò)程中是否被修改。

如果任務(wù)堆棧溢出檢測(cè)函數(shù)檢測(cè)到發(fā)生了堆棧溢出，則會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的鉤子函數(shù)（鉤子函數(shù)需用戶手動(dòng)創(chuàng)建），用戶可以在鉤子函數(shù)中執(zhí)行想要的操作例如打印發(fā)生錯(cuò)誤的任務(wù)名等。

內(nèi)核在什么時(shí)候執(zhí)行任務(wù)堆棧溢出檢測(cè)：

在FreeRTOS源碼 tasks.c 文件中可以查到taskCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW在 void vTaskSwitchContext( void )函數(shù)中被調(diào)用，也就是在任務(wù)上下文切換的時(shí)候做檢測(cè)。從這點(diǎn)可以看出軟件檢測(cè)棧溢出的方式具有一定的滯后性，需要在任務(wù)發(fā)生上下文切換時(shí)才會(huì)進(jìn)行，任務(wù)堆棧溢出時(shí)并不能馬上檢測(cè)到問(wèn)題。

任務(wù)堆棧溢出檢測(cè)存在的局限性：

如上文所述，只有在發(fā)生任務(wù)上下文切換時(shí)才會(huì)執(zhí)行任務(wù)堆棧溢出檢測(cè)，發(fā)生如下錯(cuò)誤情形時(shí)則無(wú)法檢測(cè)到了：

?     任務(wù)執(zhí)行的過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)棧溢出，但任務(wù)切換前棧指針又恢復(fù)到了正常水平。

?     任務(wù)棧末尾的 16 個(gè)字節(jié)沒(méi)有用到，即不會(huì)被修改，但是任務(wù)棧已經(jīng)溢出了

?     任務(wù)棧溢出后，把系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)修改了導(dǎo)致系統(tǒng)直接進(jìn)入Hardfault

FreeRTOS提供的堆棧溢出檢測(cè)會(huì)引入任務(wù)上下文切換的開(kāi)銷，因此僅推薦在應(yīng)用開(kāi)發(fā)或者測(cè)試階段使用。雖然存在一定的局限性，但大多常見(jiàn)情況下這些檢測(cè)機(jī)制依然是非常實(shí)用的功能，可以幫助用戶減少代碼中的錯(cuò)誤并提高應(yīng)用程序代碼的質(zhì)量。

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