FreeRTOS堆分配大小对任务数的影响

Posted 2023-03-26

参考技术A FreeRTOS堆分配（内存）如果不够大，可能引起FreeRTOS运行异常。

对于STM32芯片， 如果使用STM32CubeMX配置FreeRTOS，创建4个任务时，会引起FreeRTOS运行异常，原因是cube默认是使用heap_4.c文件来动态分配内存，并将堆大小设置为3072，见FreeRTOSConfig.c文件中的定义：

                              #define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)3072)

这个堆大小可以满足创建3个任务，但如果创建4个任务，程序将运行异常。经过断点调试，可以看到一个任务在创建时需要申请约600个字节的内存（使用默认的任务堆栈深度为128，即128*4=512字节，TCP块占用84个字节，共596字节；对于不同的FreeRTOS配置，这个数值略有差异）。将上述的3072增加为3670，此时创建4个任务，再次运行正常了。

如何更改 FreeRTOS 中任务的最大可用堆大小？

【中文标题】如何更改 FreeRTOS 中任务的最大可用堆大小？

【英文标题】：How can I change maximum available heap size for a task in FreeRTOS?

【发布时间】：2015-08-09 05:51:40

【问题描述】：

我正在通过以下方式在任务中创建元素列表：

        l = (dllist*)pvPortMalloc(sizeof(dllist));

dlllist 是 32 字节大。 我的嵌入式系统有 60kB SRAM，所以我希望系统可以轻松处理我的 200 个元素列表。我发现在为 8 个元素分配空间后，系统在第 9 次 malloc 函数调用（256byte+）时崩溃。

如果可能，我可以在哪里更改 freeRTOS 中的堆大小？ 我可以以某种方式请求堆大小的当前状态吗？ 我在文档中找不到此信息，因此我希望有人可以提供有关此问题的一些见解。 提前致谢！

【问题讨论】：

“可用堆空间的总量由configTOTAL_HEAP_SIZE 设置 - 在FreeRTOSConfig.h 中定义。” freertos.org/a00111.html（内存管理）。

@WeatherVane：这取决于他使用的内存分配器。上次我查看这些时，有 4 种不同的类型（没有一个符合项目的要求）。

@Weather Vane：谢谢你的设置和 Richard 提到的功能，让我找到了解决方案，我将堆大小增加到 25 kB，现在它运行顺利。我观察到的一件有趣的事情是，增加任务的 STACK 大小也会增加可用的 HEAP 大小。我想知道这是什么原因。

【参考方案1】：

对于标准分配器，您可以在 FreeRTOSConfig.h 中找到一个配置选项。

但是： 根据使用的分配器，很可能您已经用完了内存。 IIRC 有一个不 free() 任何块（free() 只是一个假人）。所以返回的任何块都将丢失。如果您只分配内存，这仍然很有用，例如在启动时，然后使用你所拥有的。

其他分配器可能不会在返回后合并相邻块，从而比成熟的分配器更快地增加碎片。

此外，您可能会因为碎片而丢失内存。根据您的分配/释放模式，您很快可能会得到一个看起来像瑞士奶酪的堆：分配的块之间有很多洞。因此，虽然仍有足够的可用内存，但没有一个块足够大来满足所需的大小。

如果您只在那里分配大小相同的块，您最好使用自己的分配器或池（固定大小的块）。 Thaqt 将在启动期间被静态分配（例如数组）并链接为链表。然后 Alloc/free 将只是在堆栈上推送/弹出（或放入/获取队列）。这也将非常快并且复杂度为 O(1)（如果编写得当，中断安全）。

请注意，普通的 malloc()/free() 不是中断安全的。

最后：不要投void *。 （嗯，这实际上是标准 malloc() 返回的内容，我希望 FreeRTOS-variant 也会这样做）。

【讨论】：

我正在使用 heap4 中的 alloc 函数，它应该可以防止碎片，特别是如果系统在崩溃之前只分配了几块内存。事实上，我正在为我的内存块使用链表。

一个普通的分配器实际上并不能防止碎片，只能减少，除非你不释放或单独使用单个块大小。对于后者，池会更容易和更快。但是，我只是查看了可用的分配器并编写了自己的分配器。主要是因为我在 Cortex-M 中使用 MPU，需要自然对齐的块以及字对齐的块。

【参考方案2】：

（是 - FreeRTOS pvPortMalloc() 返回 void*。）

如果您有 60K 的 SRAM，并且 configTOTAL_HEAP_SIZE 很大，那么在分配 256 个字节后，您不太可能用完堆除非您几乎没有剩余的堆。许多 FreeRTOS 演示将继续创建对象，直到使用所有堆，因此如果您的应用程序基于其中之一，那么在执行代码之前您的堆将不足。您可能还做过一些事情，比如通过创建具有大量堆栈的任务来耗尽大量堆空间。

heap_4 和 heap_5 将合并相邻的块，这将尽可能减少碎片，但我认为这不是你的问题 - 特别是因为你没有提到在任何地方释放任何东西。

除非您使用 heap_3.c（它只是使标准 C 库 malloc 和空闲线程安全），否则您可以调用 xPortGetFreeHeapSize() 来查看您有多少空闲堆。您可能还可以使用 xPortGetMinimumEverFreeHeapSize() 来查询您离堆用完的距离有多近。更多信息：http://www.freertos.org/a00111.html

您还可以定义一个 malloc() 失败的钩子 (http://www.freertos.org/a00016.html) 以获得 pvPortMalloc() 返回 NULL 的即时通知。

【讨论】：

我没有使用演示代码，也没有进行其他分配，我的代码正在使用 heap_4，它也在释放内存，但我认为在 4x32byte mallocs 之后碎片不会成为问题.我将使用 xPortGetFreeHeapSize() 并在完成后报告，谢谢:)

感谢使用这些功能，我可以找出真正的问题（如果您想知道，请参阅我的问题下方的评论）:)