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RT-Thread 学习笔记：memheap 死机问题的分析与解决

发布于 2023-05-28 20:14:01 浏览：858 订阅该版

[tocm]

## 验证环境

- NUCLEO-L476RG 开发板，板载 STM32L476RGT6（96K SARM1 + 32K SRAM2）

- Win10 64 位

- Keil MDK 5.36

- RT-Thread 5.0.1 版本（2023-05-28 master 主线）

- bsp : `bsp\stm32\stm32l476-st-nucleo`

## 功能描述

- 最近在研究 RT-Thread 内存的管理，熟悉了一下 memheap 的功能实现，并且了解到 memheap 支持多块内存（物理地址不连续）的管理，当开启 memheap 后，rt_malloc 可以遍历所有注册过的 memheap 内存块，并且进行 内存的申请与释放。

- 当前 STM32L476RGT6 支持两块 SRAM，其中 SRAM1 96KB，还有一块 SRAM2 32KB，SRAM2 默认没有使用，尝试开启 SRAM2

## 环境搭建

- `stm32l476-st-nucleo` 开启 memheap 的方法

![2023-05-28_170606.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230528/68553ae14f2d20c43afeb9f0ba6e979c.png)

- `stm32l476-st-nucleo` 开启 SRAM2 的方法

```c
#define HEAP_SRAM2_BEGIN                (0x10000000)
#define HEAP_SRAM2_SIZE                 (32 * 1024)

static struct rt_memheap memheap_sram2;

int system_sram2_init(void)
{
    return rt_memheap_init(&memheap_sram2, "sram2", (void *)HEAP_SRAM2_BEGIN, (rt_size_t)HEAP_SRAM2_SIZE);
}
INIT_BOARD_EXPORT(system_sram2_init);
```

## 功能测试

- 写两个测试命令：一直申请内存直到无法申请内存，一直释放所以申请的内存，确认 rt_malloc 会自动到新增加的 memheap SRAM2 中申请内存

- 功能验证通过，但是遇到死机问题

- 测试的函数

```c
void *user_alloc(rt_size_t size)
{
    return rt_memheap_alloc(&memheap_sram2, size);
}

void user_free(void *ptr)
{
    rt_memheap_free(ptr);
}

void user_alloc_test(void)
{
    for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)
    {
        user_ptr[i] = user_alloc(500);
        if (!user_ptr[i])
        {
            rt_kprintf("malloc failed, index = %d\n", i);
            return;
        }
        else
        {
            rt_kprintf("[%d] : 0x%08x\n", i, user_ptr[i]);
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT(user_alloc_test, user_alloc_test);

void user_free_test(void)
{
    for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)
    {
        if (user_ptr[i])
        {
            rt_kprintf("[%d] : 0x%08x\n", i, user_ptr[i]);
            user_free(user_ptr[i]);
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT(user_free_test, user_free_test);
```

- 死机的信息

![2023-05-28_195104.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230528/baf4c95fa946b2d0d6fac88ff18157e1.png)

- 死机后，打印线程，发现 idle 线程栈异常

![2023-05-28_195133.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230528/4dea0e92532d1b18335f241dd4f0335e.png)

- 开启 `CmBacktrace` 组件后，发现死机的问题不是固定的，申请申请一个小内存，都会触发异常

## 问题分析

- idle 线程的结构数据被破坏了，这就说明，内存越界了，但是测试例程只调用了 RT-Thread memheap 的 内存申请与释放 API，并没有其他的操作

- 手动申请一块内存，没有触发死机， `list thread` 发现，idle 线程的栈数据，依旧是异常的！

![2023-05-28_195714.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230528/2750559d99d66937de15cbf2cb2ca3f2.png)

- 由于 开发板可以 单步调试，所以经过单步调试，加上分析，确认内存的范围，各个线程栈的内存范围，发现了一个奇怪的问题： 申请的内存偶尔会与线程栈的【静态内存】重叠

- 由于死机问题并不是必现，但是 idle 线程栈数据异常是必现的。当前怀疑 memheap 的内存范围设置存在问题，通过对比其他开发板的 bsp，发现了问题所在。

- 原来 bsp `stm32l476-st-nucleo` 系统的内存 `HEAP_BEGIN` 设置有问题，直接设置的 第一块内存的起始地址：

```c
#define STM32_SRAM1_START              (0x20000000)
#define HEAP_BEGIN                     STM32_SRAM1_START
```
- 初步看上去好像没有问题，其实RT-Thread 开机后，静态的内存数据、线程栈，依旧会占用一些内存，也就是其实内存地址，不能设置为  `STM32_SRAM1_START`，而是 【剩余内存】

- 【剩余内存】或者叫【空闲内存】的获取方法如下：

```c
#if defined(__ARMCC_VERSION)
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
```

- 如在 Keil MDK5 上，是 `#define HEAP_BEGIN      ((void *)&Image$$RW_IRAM1$$ZI$$Limit)`， 也就是 SRAM1 的 剩余内存作为系统 堆内存使用，而不是 SRAM1 的全部内存作为 堆内存使用

## 解决方法

- 如上，重新设置 `HEAP_BEGIN` 即可

- 编译发现 `RW_IRAM1` 不存在，需要修改链接文件：`bsp\stm32\stm32l476-st-nucleo\board\linker_scripts\link.sct`，增加  `RW_IRAM1` 的定义

![2023-05-28_200650.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20230528/001363f722cc15ee0ab3a5f848f7defa.png)

```c
  RW_IRAM1 0x20000000 0x00018000  {  ; RW data
   .ANY (+RW +ZI)
  }
```

- 以上修改后，memheap 内存测试通过，不再触发死机

## 小结

- memheap 使用起来还是比较的简单，可以通过设置 开启 `RT_USING_MEMHEAP_AUTO_BINDING`，也就是 勾选 `[*] Use all of memheap objects as heap`，决定新增加的 memheap 的内存是否参与系统常规的内存管理，如 rt_malloc、rt_free

- 用户可以单独的实现自己的 memheap 内存块 alloc、free 函数，这样只操作特定的 memheap。

- 当前的一个小缺点：如果 memheap 内存块较多，超过2个，如 RAM1、RAM2、RAM3，并且开启了 `[*] Use all of memheap objects as heap`，想实现 RAM1与 RAM2 作为系统通用内存管理，RAM3 用户专用内存管理，那么当前的 memheap 机制做不到，因为 rt_malloc 依旧会在 RAM1、RAM2 不能申请内存时，去 RAM3 申请内存