【FreeRTOS】堆栈使用和堆栈溢出检查和任务运行状态查询

原创已于 2025-11-24 16:31:00 修改 · 202 阅读

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于 2025-11-24 14:38:52 首次发布

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一、任务创建堆栈分配原理

如果使用 xTaskCreate() 创建任务，则用作任务堆栈的内存会从 FreeRTOS 堆中自动分配，并通过传递至 xTaskCreate() API 函数的参数来确定内存大小。

如果使用 xTaskCreateStatic() 创建任务，则用作任务堆栈的内存由应用程序编写者预先分配。

FreeRTOS 提供两个可选机制，用于协助检测并纠正出现的堆栈溢出问题。使用的选项通过 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 配置常量来配置。

Ps: 这些选项仅适用于内存映射未分段的架构。此外，在 RTOS 内核溢出检查开始之前，某些处理器可能会因堆栈损坏而发生故障或异常。

二、堆栈溢出检测

1. stm32cubeide 配置

2.函数原型

堆栈溢出检查会增加上下文切换的开销，因此建议只在开发或测试阶段使用此检查。

// 函数原型
void vApplicationStackOverflowHook( TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName );

xTask 和 pcTaskName 参数分别将违规任务的句柄和名称传递给该钩子函数。但请注意，根据溢出的严重程度，这些参数本身可能会损坏，在这种情况下，可直接检查 pxCurrentTCB 变量。

3.栈溢出检测方法

1.堆栈溢出检测——方法 1

在 RTOS 内核使任务退出运行状态后，堆栈可能达到其最大（最深）值，因为此时的堆栈会包含任务上下文。此时， RTOS 内核可以检查处理器堆栈指针是否仍处于有效堆栈空间内。如果堆栈指针包含超出有效堆栈范围的值，则将调用堆栈溢出钩子函数。

特点：此方法很快，但不能保证可以捕获所有堆栈溢出。将 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 设置为 1 即可使用此方法。

2.堆栈溢出检测——方法 2

任务首次创建时，其堆栈会填充一个已知值。任务退出运行状态时， RTOS 内核可以检查最后 16 个字节是否处于有效堆栈范围内，以确保这些已知值未被任务或中断活动所覆盖。如果这 16 个字节中的任何一个不再为初始值，则调用堆栈溢出钩子函数。

特点：这种方法比方法 1 效率低，但仍然相当快。它很可能会捕获堆栈溢出，但仍无法保证能够捕获所有溢出。

将 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 设置为 2 即可使用此方法。

3.堆栈溢出检测——方法 3

此方法仅适用于选定的端口。如果可用，该方法将启用 ISR 堆栈检查。检测到 ISR 堆栈溢出时，会触发断言。请注意，在这种情况下不会调用堆栈溢出钩子函数，因为它只针对任务堆栈，而不是针对 ISR 堆栈。

将 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 设置为 3 即可使用此方法。

三、任务运行状态查询

1. stm32cubeide 配置

2.代码实现

void MonitorTask(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN MonitorTask */
  static uint8_t mytaskstatebuffer[512];
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
    memset(mytaskstatebuffer, 0, sizeof(mytaskstatebuffer));
    strcpy((char *)mytaskstatebuffer,
           "==================================\r\n"
           "任务名          任务状态    优先级     剩余栈   任务序号\r\n");

    // 假设 osThreadList 是追加写入的
    vTaskList(mytaskstatebuffer + strlen((char *)mytaskstatebuffer));
    size_t len = strlen((char *)mytaskstatebuffer);
    HAL_UART_Transmit_DMA(&huart6, mytaskstatebuffer, len);
    osDelay(3000);
  }
  /* USER CODE END MonitorTask */
}