【RTOS】FreeRTOS中的任务堆栈溢出检测机制

• 前言
• 任务堆栈
• 堆栈溢出
• 任务堆栈溢出检测机制
  • API
  • 两种堆栈溢出检测方式
  • 堆栈溢出钩子函数
• 内核何时检测任务堆栈溢出
• 任务堆栈溢出检测存在的局限性

前言

注意：本笔记发布时可能忘记补充查看dump方法，可使用TRACE32来查看dump时的各个任务信息，方便分析。

李柱明博客：https://域名/lizhuming/p/域名

任务堆栈

在 FreeRTOS 中，每个任务都拥有自己的堆栈，该堆栈的大小由创建任务时 xTaskCreate 函数的函数参数所决定。

堆栈溢出

当任务所使用的堆栈空间超出分配给它的空间时，则会发生堆栈溢出。

堆栈溢出可能修改超过合法访问地址范围外的数据，严重时会导致 Hardfault 令系统崩溃。

任务堆栈溢出检测机制

API

在 FreeRTOS 中，也提供了一些 API 函数用来检测任务堆栈的使用情况：

• uxTaskGetStackHighWaterMark (TaskHandle_t xTask); ：

  • 返回自任务运行以来剩余可用堆栈空间的最小值。
  • 开启方法：在 FreeRTOSConfig.h 头文件中使能宏：#define INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark 1

两种堆栈溢出检测方式

1. 方式 1：

   1. 开启方法：#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 1
   2. 在任务切换是检测任务栈指针是否越界，如果越界，在任务切换的时候触发堆栈溢出钩子函数。

2. 方式 2：

   1. 开启方法：#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 2
   2. 在任务创建的时候将任务栈所有数据初始化为 0xA5，在任务切换时检测任务栈底 16 个字节是否都为 0xa5。

堆栈溢出钩子函数

void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, signed char *pcTaskName)
{
    // 溢出后的操作
}

内核何时检测任务堆栈溢出

任务上下文切换的时候做检测：

• 代码说明：因为在 FreeRTOS 源码 tasks.c 文件中可以查到 taskCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 在 void vTaskSwitchContext( void )函数中被调用了。
• 滞后性：任务堆栈溢出时并不能马上检测到问题，因为任务堆栈溢出在任务上下文切换的时候才做检测。

任务堆栈溢出检测存在的局限性

根据两种方式的原理及执行任务堆栈溢出的位置得出包括但不限于以下情境会检测不到任务堆栈溢出：

1. 任务执行的过程中出现过栈溢出，但任务切换前栈指针又恢复到了正常水平。（方式 1）

2. 任务栈末尾的 16 个字节没有用到，即不会被修改，但是任务栈已经溢出了。（方式 2）

3. 任务栈溢出后，把系统中的重要数据修改了导致系统直接进入 Hardfault。（方式 1、2）

   • 该方式进入了 Hardfault，就不能直接判断是任务堆栈溢出的问题。