驗證環(huán)境

NUCLEO-L476RG 開發(fā)板，板載 STM32L476RGT6（96K SARM1 + 32K SRAM2）

Win10 64 位

Keil MDK 5.36

RT-Thread 5.0.1 版本（2023-05-28 master 主線）

bsp : bsp\\stm32\\stm32l476-st-nucleo

功能描述

最近在研究 RT-Thread 內(nèi)存的管理，熟悉了一下 memheap 的功能實現(xiàn)，并且了解到 memheap 支持多塊內(nèi)存（物理地址不連續(xù)）的管理，當(dāng)開啟 memheap 后，rt_malloc 可以遍歷所有注冊過的 memheap 內(nèi)存塊，并且進行 內(nèi)存的申請與釋放。

當(dāng)前 STM32L476RGT6 支持兩塊 SRAM，其中 SRAM1 96KB，還有一塊 SRAM2 32KB，SRAM2 默認沒有使用，嘗試開啟 SRAM2

環(huán)境搭建

stm32l476-st-nucleo 開啟 memheap 的方法

stm32l476-st-nucleo 開啟 SRAM2 的方法

#define HEAP_SRAM2_BEGIN (0x10000000)

#define HEAP_SRAM2_SIZE (32 * 1024)

static struct rt_memheap memheap_sram2;

int system_sram2_init(void)

{

return rt_memheap_init(&memheap_sram2, "sram2", (void *)HEAP_SRAM2_BEGIN, (rt_size_t)HEAP_SRAM2_SIZE);

}

INIT_BOARD_EXPORT(system_sram2_init);

功能測試

寫兩個測試命令：一直申請內(nèi)存直到無法申請內(nèi)存，一直釋放所以申請的內(nèi)存，確認 rt_malloc 會自動到新增加的 memheap SRAM2 中申請內(nèi)存

功能驗證通過，但是遇到死機問題

測試的函數(shù)

void *user_alloc(rt_size_t size)

{

return rt_memheap_alloc(&memheap_sram2, size);

}

void user_free(void *ptr)

{

rt_memheap_free(ptr);

}

void user_alloc_test(void)

{

for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)

{

user_ptr[i] = user_alloc(500);

if (!user_ptr[i])

{

rt_kprintf("malloc failed, index = %d\\n", i);

return;

}

else

{

rt_kprintf("[%d] : 0x%08x\\n", i, user_ptr[i]);

}

}

}

MSH_CMD_EXPORT(user_alloc_test, user_alloc_test);

void user_free_test(void)

{

for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)

{

if (user_ptr[i])

{

rt_kprintf("[%d] : 0x%08x\\n", i, user_ptr[i]);

user_free(user_ptr[i]);

}

}

}

MSH_CMD_EXPORT(user_free_test, user_free_test);

死機的信息

死機后，打印線程，發(fā)現(xiàn) idle 線程棧異常

開啟 CmBacktrace 組件后，發(fā)現(xiàn)死機的問題不是固定的，申請申請一個小內(nèi)存，都會觸發(fā)異常

問題分析

idle 線程的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)被破壞了，這就說明，內(nèi)存越界了，但是測試例程只調(diào)用了 RT-Thread memheap 的 內(nèi)存申請與釋放 API，并沒有其他的操作

手動申請一塊內(nèi)存，沒有觸發(fā)死機， list thread 發(fā)現(xiàn)，idle 線程的棧數(shù)據(jù)，依舊是異常的！

由于 開發(fā)板可以 單步調(diào)試，所以經(jīng)過單步調(diào)試，加上分析，確認內(nèi)存的范圍，各個線程棧的內(nèi)存范圍，發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的問題： 申請的內(nèi)存偶爾會與線程棧的【靜態(tài)內(nèi)存】重疊

由于死機問題并不是必現(xiàn)，但是 idle 線程棧數(shù)據(jù)異常是必現(xiàn)的。當(dāng)前懷疑 memheap 的內(nèi)存范圍設(shè)置存在問題，通過對比其他開發(fā)板的 bsp，發(fā)現(xiàn)了問題所在。

原來 bsp stm32l476-st-nucleo 系統(tǒng)的內(nèi)存 HEAP_BEGIN 設(shè)置有問題，直接設(shè)置的 第一塊內(nèi)存的起始地址：

#define STM32_SRAM1_START (0x20000000)

#define HEAP_BEGIN STM32_SRAM1_START

初步看上去好像沒有問題，其實RT-Thread 開機后，靜態(tài)的內(nèi)存數(shù)據(jù)、線程棧，依舊會占用一些內(nèi)存，也就是其實內(nèi)存地址，不能設(shè)置為 STM32_SRAM1_START，而是 【剩余內(nèi)存】

【剩余內(nèi)存】或者叫【空閑內(nèi)存】的獲取方法如下：

#if defined(__ARMCC_VERSION)

extern int Image$$

RW_IRAM1

ZI

Limit;

#define HEAP_BEGIN ((void *)&Image

RW_IRAM1

ZI

Limit)
#elif ICCARM
#pragma section="CSTACK"
#define HEAP_BEGIN (__segment_end("CSTACK"))
#else
extern int __bss_end;
#define HEAP_BEGIN ((void *)&__bss_end)
#endif
如在 Keil MDK5 上，是 #define HEAP_BEGIN ((void *)&Image

RW_IRAM1

ZI$$Limit)， 也就是 SRAM1 的 剩余內(nèi)存作為系統(tǒng) 堆內(nèi)存使用，而不是 SRAM1 的全部內(nèi)存作為 堆內(nèi)存使用

解決方法

如上，重新設(shè)置 HEAP_BEGIN 即可

編譯發(fā)現(xiàn) RW_IRAM1 不存在，需要修改鏈接文件：bsp\\stm32\\stm32l476-st-nucleo\\board\\linker_scripts\\link.sct，增加 RW_IRAM1 的定義

RW_IRAM1 0x20000000 0x00018000 { ; RW data

.ANY (+RW +ZI)

}

以上修改后，memheap 內(nèi)存測試通過，不再觸發(fā)死機

小結(jié)

memheap 使用起來還是比較的簡單，可以通過設(shè)置 開啟 RT_USING_MEMHEAP_AUTO_BINDING，也就是 勾選 [*] Use all of memheap objects as heap，決定新增加的 memheap 的內(nèi)存是否參與系統(tǒng)常規(guī)的內(nèi)存管理，如 rt_malloc、rt_free

用戶可以單獨的實現(xiàn)自己的 memheap 內(nèi)存塊 alloc、free 函數(shù)，這樣只操作特定的 memheap。

當(dāng)前的一個小缺點：如果 memheap 內(nèi)存塊較多，超過2個，如 RAM1、RAM2、RAM3，并且開啟了 [*] Use all of memheap objects as heap，想實現(xiàn) RAM1與 RAM2 作為系統(tǒng)通用內(nèi)存管理，RAM3 用戶專用內(nèi)存管理，那么當(dāng)前的 memheap 機制做不到，因為 rt_malloc 依舊會在 RAM1、RAM2 不能申請內(nèi)存時，去 RAM3 申請內(nèi)存。