FreeRTOS中的任務(wù)堆棧溢出檢測機制

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在FreeRTOS中，每個任務(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，則會發(fā)生堆棧溢出，堆棧溢出可能修改超過合法訪問地址范圍外的數(shù)據(jù)，嚴(yán)重時會導(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)生堆棧溢出問題呢？

首先我們需要根據(jù)任務(wù)函數(shù)運行過程中的理論堆棧使用最大值，在任務(wù)創(chuàng)建時設(shè)定一個合理的任務(wù)堆棧大小，并實際運行程序進行測試，來確保系統(tǒng)運行過程中不會發(fā)生堆棧溢出。

FreeRTOS中的任務(wù)堆棧溢出檢測機制：

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

uxTaskGetStackHighWaterMark (TaskHandle_t xTask)——返回自任務(wù)運行以來剩余可用堆?？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)會返回任務(wù)運行過程中剩余可用堆?？臻g的最小值，即任務(wù)運行過程中堆棧最大使用量時還剩余多少空間，如果函數(shù)返回0則說明可能發(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)堆棧的一個實際使用情況。

FreeRTOS中還提供了兩種堆棧溢出檢測方式，需要在FreeRTOSconfig.h頭文件中通過宏#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW  來進行選擇使能：

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

如果任務(wù)堆棧溢出檢測函數(shù)檢測到發(fā)生了堆棧溢出，則會調(diào)用對應(yīng)的鉤子函數(shù)（鉤子函數(shù)需用戶手動創(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)生錯誤的任務(wù)名等。

內(nèi)核在什么時候執(zhí)行任務(wù)堆棧溢出檢測：

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)上下文切換的時候做檢測。從這點可以看出軟件檢測棧溢出的方式具有一定的滯后性，需要在任務(wù)發(fā)生上下文切換時才會進行，任務(wù)堆棧溢出時并不能馬上檢測到問題。

任務(wù)堆棧溢出檢測存在的局限性：

如上文所述，只有在發(fā)生任務(wù)上下文切換時才會執(zhí)行任務(wù)堆棧溢出檢測，發(fā)生如下錯誤情形時則無法檢測到了：

?     任務(wù)執(zhí)行的過程中出現(xiàn)過棧溢出，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 個字節(jié)沒有用到，即不會被修改，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)直接進入Hardfault

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

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