FreeRtos堆栈检测应用

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。

巴特西

FreeRtos堆栈检测应用

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