STM32分配堆棧空間不足問題原因及解決方法 - 全文

　　在開發(fā)過程中，我們有時(shí)候可能會(huì)遇到數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況，而這個(gè)情況發(fā)生多數(shù)是由于堆棧溢出導(dǎo)致，這里我們將詳細(xì)講解復(fù)現(xiàn)堆棧溢出會(huì)導(dǎo)致的問題及提供相應(yīng)的解決方法。

　　先說結(jié)論，以STM32F103RCT6為例，初始的棧空間是1KB，堆空間是512Byte。如果動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配需求過多時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)堆空間。在啟動(dòng)文件startup_stm32f103xe.s的開頭就可以設(shè)置堆?？臻g大小。同樣，在STM32CubeMX中也可對(duì)堆棧大小進(jìn)行修改，在Project -》 Settings選項(xiàng)中可以對(duì)Minimum Heap Size大小進(jìn)行更改。擴(kuò)大之后即可解決堆棧空間不足的問題。

　　遇到的問題

　　今天在STM32F103RCT6上，使用 malloc（） 為鏈表分配內(nèi)存空間時(shí)，忽然遇到一次分配內(nèi)存過多而死機(jī)的問題。查閱官方文檔發(fā)現(xiàn)此型號(hào)的單片機(jī)FLASH 256KB，RAM 48KB。我鏈表的結(jié)構(gòu)體定義如下：

　　typedef struct LNode{

　　uint8_t data;

　　struct LNode *next;

　　}LNode，*LinkList;1234

　　uint8_t類型在單片機(jī)中定義為unsigned char即1個(gè)字節(jié)，32位系統(tǒng)一個(gè)指針變量為4字節(jié)。由于“內(nèi)存對(duì)齊”機(jī)制的存在，所以實(shí)際上一個(gè)節(jié)點(diǎn)分配的內(nèi)存為8字節(jié)。并且通過輸出語句printf（“%d”，sizeof（*Head））;打印到串口助手顯示的也是8，證明的分析的正確性。

　　經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)，我最多能創(chuàng)建32個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此我只使用了32*8=256 byte 的內(nèi)存空間。與官方文檔的48KB的內(nèi)存空間相差太多。

　　解決方法

　　查閱網(wǎng)上的博客發(fā)現(xiàn)，堆棧大小可以在stm32的啟動(dòng)文件startup_stm32f103xe.s里面設(shè)置，開頭就有：

　　Stack_Size EQU 0x400

　　Heap_Size EQU 0x20012

　　0x00000400 等于1024字節(jié)所以等于1K

　　0x00000200 等于512字節(jié)所以等于512 Byte

　　由于malloc（）分配的動(dòng)態(tài)內(nèi)存在堆區(qū)域，因此調(diào)大堆空間Heap_Size為0xC00，即3072字節(jié)大小。重新測試，發(fā)現(xiàn)可以接收到191個(gè)節(jié)點(diǎn)，這次使用了191*8=1528 byte大小的內(nèi)存空間。由此判斷，用戶可以自由使用的堆空間，大約為堆總空間的一半。超過時(shí)系統(tǒng)就會(huì)死機(jī)。

　　注：在STM32CubeMX中也可對(duì)堆棧大小進(jìn)行修改，在Project -》 Settings選項(xiàng)中可以對(duì)Minimum Heap Size大小進(jìn)行更改。

　　以下為圖文詳細(xì)解析：

　　1 。建立一個(gè)測試工程

　　定義主函數(shù)

　　定義堆棧地址大小，分別都定義為0x00000200；

　　編譯后查看生成的.map文件，可以看到棧起始地址為0x20000d50，大小為512byte。

　　2. 理論計(jì)算分析

　　程序定義了全局變量大小為32位（對(duì)應(yīng)4字節(jié)）的700個(gè)數(shù)據(jù)，所以全局變量占用RAM空間計(jì)算：

　　G=0x20000000 + 4*700 = 0x20000AF0

　　由于棧地址是向下生長方式，我們定義了局部變量數(shù)據(jù)大小為500個(gè)32位的數(shù)，所以實(shí)際運(yùn)行時(shí)局部變量占用RAM的起始地址為：

　　L=0x20000D50 + 512 – 4*500 = 0x20000780

　　所以局部變量占用RAM的地址范圍為：0x20000780 --- 0x20000F50

　　由上計(jì)算可知，局部變量部分地址空間與全局變量使用的地址空間有沖突，這將導(dǎo)致程序運(yùn)行過程全局變量數(shù)值被局部變量替換掉。

　　3. 測試論證

　　程序運(yùn)行測試如下圖所示：

　　全局變量初始化完成

　　初始化局部變量，由上圖可看出原來全局變量的數(shù)值已被局部變量替換

　　4. 解決方法

　　4.1 理論計(jì)算

　　由之前可以算出局部變量使用了2000byte的RAM地址空間，由于堆棧地址設(shè)置要求是0x0100的整數(shù)倍，所以這里可以將大小設(shè)置為0x0800，即2048個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。

　　4.2 設(shè)置?？臻g大小

　　改大?？臻g大小，如下圖所示：

　　修改?？臻g大小后查看生成的.map文件，如下圖所示：

　　4.3 修改后測試驗(yàn)證

　　由上圖測試可以知道，局部變量存儲(chǔ)地址已經(jīng)從0x20000D80開始，與全局變量存儲(chǔ)地址不沖突，至此可以解決遇到的堆棧溢出問題。

　　上述方法已解決了我們遇到的堆棧溢出問題，但實(shí)際編程時(shí)，我們不建議在子函數(shù)中使用大數(shù)組