FreeRtos堆栈检测应用
阅读原文时间:2023年07月16日阅读:1

Free rtos每个任务都有自己的栈空间,每个任务需要的栈大小也是不同的。如果堆栈过小就会造成栈溢出,有时候栈溢出发生在某种特定顺序的任务切换中,比较难检测出。所以前期测试和监控任务栈用量就显得尤其重要。

  • FreeRTOSConfig.h文件中配置宏定义:

#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 2
#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 1

  • 在任务切换时检测任务栈指针是否过界了,如果过界了,在任务切换的时候会触发栈溢出钩子函数。

void vApplicationStackOverflowHook( TaskHandle_t xTask,signed char *pcTaskName );

  • 用户可以在钩子函数里面做一些处理。

  • 任务创建的时候将任务栈所有数据初始化为0xa5,任务切换时进行任务栈检测的时候会检测末尾的16个字节是否都是0xa5,通过这种方式来检测任务栈是否溢出了。相比方法一,这种方法的速度稍慢些,但是这样就有效地避免了方法一里面的部分情况。不过依然不能保证所有的栈溢出都能检测到,比如任务栈末尾的16个字节没有用到,即没有被修改,但是任务栈已经溢出了,这种情况是检测不到的。另外任务栈溢出后,任务栈末尾的16个字节没有修改,但是溢出部分的栈区的数据修改了,这部分栈区的数据不重要或者暂时没有用到还不会有什么问题,但如果是重要数据被修改将直接导致系统进入硬件异常,这种情况下,栈溢出检测功能也是检测不到的。

  • 溢出检测的实现原理:

    #if( ( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW > 1 ) && ( portSTACK_GROWTH < 0 ) )

    #define taskCHECK\_FOR\_STACK\_OVERFLOW()                                                                \\  
    {                                                                                                    \\  
        const uint32\_t \* const pulStack = ( uint32\_t \* ) pxCurrentTCB->pxStack;                            \\  
        const uint32\_t ulCheckValue = ( uint32\_t ) 0xa5a5a5a5;                                            \\  
                                                                                                        \\  
        if( ( pulStack\[  \] != ulCheckValue ) ||                                                \\  
            ( pulStack\[  \] != ulCheckValue ) ||                                                \\  
            ( pulStack\[  \] != ulCheckValue ) ||                                                \\  
            ( pulStack\[  \] != ulCheckValue ) )                                                \\  
        {                                                                                                \\  
            vApplicationStackOverflowHook( ( TaskHandle\_t ) pxCurrentTCB, pxCurrentTCB->pcTaskName );    \\  
        }                                                                                                \\  
    }

    #endif /* #if( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW > 1 ) */

  • 实现用户的钩子函数:

/**
* @brief if task overflow, it will run here.
* @param [IN]task handle.
* @param [IN]task name string pointer.
* @retval None
*/
void vApplicationStackOverflowHook( TaskHandle_t xTask, signed char *pcTaskName )
{
while()
{
printf("task %s is stack overflow. \r\n", pcTaskName);
vTaskDelay();
}
}

  • 测试每个任务的堆栈大小:

/**
* @brief check all task stack and get the remain stack size.
* @param None.
* @retval None
*/
void CheckTaskStack(void)
{
uint8_t i = ;
float stack_usage = ;

DEBUG\_PRINT("\\r\\n------------------------------------\\r\\n");  
for(i=; i<APP\_TASK\_NUMS; i++)  
{  
  TaskConfigStruct\[i\].stack\_remain = uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskConfigStruct\[i\].handle );  
  stack\_usage = 100.0f\*((float)TaskConfigStruct\[i\].stack\_max -   
               (float)TaskConfigStruct\[i\].stack\_remain )/ (float)TaskConfigStruct\[i\].stack\_max;  
  DEBUG\_PRINT("> id=%d, name=%8s, stack usage=%5.2f%%, free/all=%4d/%4d.\\r\\n",   
               TaskConfigStruct\[i\].id, TaskConfigStruct\[i\].name, stack\_usage,  
               TaskConfigStruct\[i\].stack\_remain, TaskConfigStruct\[i\].stack\_max );  
}  
DEBUG\_PRINT("------------------------------------\\r\\n\\r\\n");  

}

  • 测试结果,还剩余4个u32空间,溢出检测的方法2刚好是检查最后的4个数据,此时恰好不会触发overflow。

/**
* @brief check all task stack and get the remain stack size.
* @param None.
* @retval None
*/
void CheckTaskStack(void)
{
uint8_t i = ;
uint8_t i2 = ; // test stack overflow
float stack_usage = ;

DEBUG\_PRINT("\\r\\n------------------------------------\\r\\n");  
for(i=; i<APP\_TASK\_NUMS; i++)  
{  
  TaskConfigStruct\[i\].stack\_remain = uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskConfigStruct\[i\].handle );  
  stack\_usage = 100.0f\*((float)TaskConfigStruct\[i\].stack\_max -   
                (float)TaskConfigStruct\[i\].stack\_remain )/ (float)TaskConfigStruct\[i\].stack\_max;  
  DEBUG\_PRINT("> id=%d, name=%8s, stack usage=%5.2f%%, free/all=%4d/%4d.\\r\\n",   
                TaskConfigStruct\[i\].id, TaskConfigStruct\[i\].name, stack\_usage,   
                TaskConfigStruct\[i\].stack\_remain, TaskConfigStruct\[i\].stack\_max );  
}  
DEBUG\_PRINT("------------------------------------\\r\\n\\r\\n");  

}

  • 测试结果:再次定义局部变量uint8_t i2, 任务切换时候压栈会把i2入栈,此时会触发溢出检测。测试发现,任务在第2次切换时候就发生了堆栈溢出。

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