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STM32单片机中,FreeRTOS RAM使用情况及优化方法

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发表于 2017-12-12 17:26:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
一.写在前面的话:
嵌入式设计中使用 RTOS 必然会带来额外的 RAM 消耗,然而许多初次接触 RTOS 的工程师并不清楚 如何评估 RAM 的消耗量。这篇文档以 FreeRTOS 为例,介绍评估 RAM 使用情况的一般方法,并给出 在 FreeRTOS 下优化 RAM 使用的方法,也由衷的期望读者在使用其他 RTOS 时,可以通过相似的思 路来解决问题。

二.FREERTOS RAM 使用情况
FreeRTOS 的组件包括调度器,内存管理单元及任务间通讯方法,当然还提供可选的软件定时器(事 实上,多数 RTOS 提供的组件都是这几项)。因此对 RAM 的使用情况的评估也与这几项直接相关。内 存管理单元提供内存管理办法,直接消耗内存的包括调度器,任务间通讯方法及软件定时器,当然每 一个任务还需要一定的堆栈空间。在具体的应用中,使用的任务数量可能不同,每个任务的堆栈空间 也可能不一样,任务间通讯的方式也可能不同,当然我们还要考虑到 MCU 得内核和编译器优化选项的 问题。但是,通过简单的估算,还是可以轻松的得到 RAM 使用情况的大体信息。
文中提供的信息是以 STM32F407Cortex-M4  内核)为硬件,IAR 编译选项开到最高,FreeRTOS 采 用最新的 v8.0.0 来进行测试的。基本情况呢我们慢慢来分析一下。

1. 调度器
采用嵌入式系统中比较常见的抢占式内核 256bytes 左右。真的很小,当然与 IAR 的编译优化有关系。

2.任务
一个任务的内存使用包括两个部分,任务控制块(Task Control Block,嗯,大名鼎鼎的 TCB)和任务 堆栈空间。在任务控制块的结构体信息中包含很多预编译选项(预编译选项包括什么,我建议你阅读 下源码),总体而言,毫无疑问的是你想要的越多,付出的也得越多。按最小配置情况来讲,任务控 制块需要 64bytes(任务名这里设置为 4 个 bytes)。
任务堆栈就是一个比较棘手的问题了,许多工程师一上来就分配 512bytes(⊙﹏⊙b 汗)。其实许多 任务用不了这么多的。想想任务堆栈都需要存些什么东西?CPU 寄存器值,任务中局部变量,调用的 函数参数和函数调用深度(使用迭代函数请慎重)。因此在进行任务堆栈分配时考虑到最糟糕情况就好了,就是上面提到的信息全部得以保存即可。并不是每个任务都需要 512bytes 的。最后,分配的值对齐,也就是 128,256,512 等等。

3.任务间通讯
任务间通讯是 RTOS 提供的另一项重要机制,方法很多,信号量,队列,邮箱等(如果你不知道我说 的是什么,搜下邵贝贝吧 :-D)。在 FreeRTOS 中,所有的通讯机制都是基于队列,因此,在 FreeRTOS 中这一项的估算围绕队列就可以了。一个队列需要 74bytes(最小配置,预编译选项请阅读 源码)。另外,至关重要的是,队列可以存放简单的数据,比如一个变量(这就可以诞生信号量),当然也可以存放数组,指针什么的。数组需要的空间,指针指向内容所需要的空间是需要额外计算的。

4.定时器
RTOS 往往都提供了软件定时器,用起来还是不错的,个人感觉在消费类电子产品中使用软件定时器 更合适些。一个定时器 56bytes。就这些。
总结一下。见下表

STM32单片机中,FreeRTOS RAM使用情况及优化方法

STM32单片机中,FreeRTOS RAM使用情况及优化方法

在产品评估阶段,参考这些信息进行一般的估计是可行的,当然还是要给自己留点 Margin 的。

三.优化方法:

1. 分析空闲 RAM
FreeRTOS 提供了非常多的的方法来获得哪些 RAM 被分配了但是没有被使用。简单的阅读下代码注释马上就可以使用相关的函数了,都在 task.c 中。这个办法可以很好的降低任务堆栈所浪费的空间。

2. 在开发的后期对 FreeRTOS 进行尽可能小的配置
• 所有的任务都不会被阻塞你就可以删掉守护任务。
• 调试选项当然也应该关掉。
• 根据应用的情况,将最大优先级和最小堆栈量设置的尽可能小。

3. 如果这都不行,换更大 RAM 的器件吧,STM32  提供了最丰富的产品线。

阅读原文:FreeRTOS RAM使用情况及优化方法
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