RT-Thread 堆区大小设置

一、利用栈区的空间作为堆区

看过我之前的笔记的小伙伴都知道，以前我是通过申请栈区的空间使用的，感兴趣的小伙伴可以看我之前的笔记，RT-Thread移植到stm32。

在board.c文件文件中的代码如下所示：

#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
#define RT_HEAP_SIZE 1024
static uint32_t rt_heap[RT_HEAP_SIZE];     // heap default size: 4K(1024 * 4)
RT_WEAK void *rt_heap_begin_get(void)
{
    return rt_heap;
}

RT_WEAK void *rt_heap_end_get(void)
{
    return rt_heap + RT_HEAP_SIZE;
}
#endif

从上面的代码中可以看出，申请了一个栈空间rt_heap数组，大小为4K。但是这样在使用RT-Thread堆内存的时候就不太友好了。缺点如下：

• 堆内存大小是固定的，使得RT-Thread系统没有最大化的利用STM32的内存空间。

• 在RT-Thread的堆内存中使用了相应的内存算法，容易造成内存碎片化。，所以应将栈剩余的空间全部用于堆内存使用，有关算法可以看RT-Thread内存管理。

• 发生堆栈溢出的时候，不利于问题的查找。

所以我们使用的时候，应该获取堆区与栈区的内存分界地址，以便于给RT-Thread的堆内存使用。

二、STM32内存知识

在获取堆内存与栈内存之前，我们需要简单的理解STM32的内存知识，如果想了解更详细的内容，可以看我之前的笔记，STM32内存知识。

• code：代码存储区，存放函数体的二进制代码
• Ro-data：只读数据存储区，存放字常量数据类型（如const类型）程序结束后有系统自动释放
• RW-data：初始化可读写变量的大小，程序结束后由系统自动释放。
• ZI-data：没有初始化的可读写变量大小，程序结束后由系统自动释放。
• heap：堆区，一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS释放。
• stack：栈区，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。
• RO Size：包含Code及RO Data，表示只读数据占用Flash空间的大小。
• RW Size：包含RW Data及ZI Data，表示运行时占用的RAM的大小。
• ROM Size包含Code，RO Data及RW Data，表示烧写程序所占用的Flash的大小。

1. STM32程序运行的流程。如下图所示：
   
   

2. 栈向下生长，内存地址由高至低；堆向上，内存地址由低至高，堆栈之间没有固定的界限，如下图所示：
   
   

从上面两点可以看出来，RAM是包含堆区和栈区，而堆区与栈区没有明确的界限，所以内存中没有使用的栈空间都可以申请为堆内存。我们只需要找出栈空间接结束地址，也是ZI段和结束地址即可。

三、获取栈空间的结束地址

因为不同编译器的内存标识不一样，所以需要注意一下不同环境下的获取方式。

1. MDK环境下，栈结束地址的获取，如下所示：

   extern unsigned char Image$$ER_IROM1$$Limit;       // 获取RW段在FLASH中的加载地址
   extern unsigned char Image$$RW_IRAM1$$Base;        // 获取RW段在RAM中的运行地址
   extern unsigned char Image$$RW_IRAM1$$RW$$Limit;   // 获取RW段在RAM中的结束地址
   extern unsigned char Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit;   // 获取ZI段在RAM中的结束地址
   

   所以在MDK中只需要使用Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit链接便可获得栈空间的结束地址，如下所示：

   extern int Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit;
   #define HEAP_BEGIN      ((void *)&Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit)
   
   

2. IAR环境下，栈结束地址的获取，如下所示：

   #pragma section="CSTACK"
   #define HEAP_BEGIN      (__segment_end("CSTACK"))
   

3. GCC环境下，栈结束地址的获取，如下所示：

   extern int __bss_end;
   #define HEAP_BEGIN      ((void *)&__bss_end)
   

四、RT-Thread程序更改

只需要在 board.h 文件中定义相关宏即可，然后修改 board.c 文件中rt_system_heap_init函数 的内存获取地址。

board.h 文件

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author
 * 2022-06-29     jiaozhu
 */

#ifndef __BOARD_H__
#define __BOARD_H__

#include "stm32f10x.h"
#include "drv_gpio.h"
#include "drv_usart.h"

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif	

/*-------------------------- ROM/RAM CONFIG BEGIN --------------------------*/

#define ROM_START              ((uint32_t)0x08000000)
#define ROM_SIZE               (64 * 1024)
#define ROM_END                ((uint32_t)(ROM_START + ROM_SIZE))

#define RAM_START              (0x20000000)
#define RAM_SIZE               (20 * 1024)
#define RAM_END                (RAM_START + RAM_SIZE)	

#define STM32_SRAM1_END                RAM_END	

/*--------------------------     GET HEAP SIZE    --------------------------*/
#if defined(__CC_ARM) || defined(__CLANG_ARM)
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

#define HEAP_END                       STM32_SRAM1_END

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* __BOARD_H__ */	

board.C 文件

/*
 * Copyright (c) 2006-2019, RT-Thread Development Team
 *
 * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
 *
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2017-07-24     Tanek        the first version
 * 2018-11-12     Ernest Chen  modify copyright
 */

#include <rtthread.h>
#include <board.h>

#define _SCB_BASE       (0xE000E010UL)
#define _SYSTICK_CTRL   (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0x0))
#define _SYSTICK_LOAD   (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0x4))
#define _SYSTICK_VAL    (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0x8))
#define _SYSTICK_CALIB  (*(rt_uint32_t *)(_SCB_BASE + 0xC))
#define _SYSTICK_PRI    (*(rt_uint8_t  *)(0xE000ED23UL))

// Updates the variable SystemCoreClock and must be called
// whenever the core clock is changed during program execution.
extern void SystemCoreClockUpdate(void);

// Holds the system core clock, which is the system clock
// frequency supplied to the SysTick timer and the processor
// core clock.
extern uint32_t SystemCoreClock;

void STM32F10x_peripheral_init(void)
{
	// Initialize serial port
	USART1_Config();
	// Initialize LED
	LED_GPIO_Config();
}

static uint32_t _SysTick_Config(rt_uint32_t ticks)
{
    if ((ticks - 1) > 0xFFFFFF)
    {
        return 1;
    }

    _SYSTICK_LOAD = ticks - 1;
    _SYSTICK_PRI = 0xFF;
    _SYSTICK_VAL  = 0;
    _SYSTICK_CTRL = 0x07;

    return 0;
}

/**
 * This function will initial your board.
 */
void rt_hw_board_init()
{

	STM32F10x_peripheral_init();

    /* System Clock Update */
    SystemCoreClockUpdate();

    /* System Tick Configuration */
    _SysTick_Config(SystemCoreClock / RT_TICK_PER_SECOND);

#if defined(RT_USING_USER_MAIN) && defined(RT_USING_HEAP)
    rt_system_heap_init((void *) HEAP_BEGIN, (void *) HEAP_END);
#endif

    /* Set the shell console output device */
#if defined(RT_USING_DEVICE) && defined(RT_USING_CONSOLE)
    rt_console_set_device(RT_CONSOLE_DEVICE_NAME);
#endif	

	/* Board underlying hardware initialization */
#ifdef RT_USING_COMPONENTS_INIT
    rt_components_board_init();
#endif

}

void SysTick_Handler(void)
{
    /* enter interrupt */
    rt_interrupt_enter();

    rt_tick_increase();

    /* leave interrupt */
    rt_interrupt_leave();
}

五、堆区和栈区的空间使用查看

1. 栈空间的使用情况查看

   因为栈空间的管理直接是由编译管理的，所以编译完成后直接可以看到编译器查看（这里以MDK环境为例），如下图所示：

   

   从图中可知，栈空间的使用等于208+3448（字节）。

2. 堆空间的使用情况查看

   在RT-Thread 有相应内存管理算法，也提供了堆内存是查看方式，所以只需要在 FinSH 中使用 free 指令查看即可，如下图所示，对于 FinSH 不了解的小伙伴，可以查看STM32 移植 RT-Thread 标准版的 FinSH 组件

   

参考文献

STM32链接脚本详解：https://blog.csdn.net/qq_27575841/article/details/104373417