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嵌入式RTOS的 任務棧 和 系統棧

矜辰所致 ? 來源:矜辰所致 ? 作者:矜辰所致 ? 2023-05-16 09:57 ? 次閱讀
對于初學者來說,對于RTOS經常提到的任務棧和我們裸機編程說的棧經常傻傻分不清楚
雖然我其他博文在有些地方提到過他們的區別,但還是單獨寫一篇文章描述一下

總結

總結寫在前面:

FreeRTOS 任務棧 和 系統棧完全是兩個不同的東西,在內存中的體現就是他們占用的是完全不同的內存區域。

FreeRTOS 的所有任務是在 FreeRTOS 最開始申請的內存一大片空間上面TOTAL_HEAP_SIZE,再次給每個任務分配不同的小空間,這每個不同的小空間就是FreeRTOS 每個任務的任務棧,在RAM空間中,FreeRTOS申請的這大片空間屬于.bss段。而系統棧,我們申請的_Min_Stack_Size在RAM空間中,位置是在最后的部分,按照順序排列.data-.bss-Heap-Stack。

FreeRTOS 每個任務都有自己單獨的棧空間,就是創建任務時候設置的大小,這個大小在內存中直接對應一篇內存空間 ,用來在任務切換的時候保存當前任務現場的內存空間,每一個任務都有一個自己的PSP指針。

系統棧 也是用來保存現場的,但是他用于 中斷,庫函數調用(比如C庫函數),所有的中斷都使用同一個棧空間,對于系統棧來說,他們使用的都是MSP指針。

額外說明,本文是以 FreeRTOS 為例,在 RT-Thread 系統中,不會預先定義堆的大小,他會把 .data 段 以及 系統 stack 占用的剩余所有空間都作為 堆,這個堆并不是系統堆,這個堆是受 RT-Thread 管理的"內存堆",RT-Thread 線程,申請動態空間都在這個內存堆空間中進行,統一管理。

1、占用空間的區別

下面來介紹一下,先來看一張圖:

圖片.png

結合開頭的總結,從上圖可以看出來,FreeRTOS 的任務棧 和 系統棧 在RAM中的位置就是不一樣的,如果跑的是裸機程序,上圖中的 FreeRTOS任務空間 那部分的空間是沒有的,其他部分還是一樣的,如下圖:

圖片.png

為什么是上面圖示的樣子,不理解的朋友先查看我另一篇博文關于內存問題的單獨介紹 :《STM32的內存管理相關(內存架構,內存管理,map文件分析)》,發燒友的小伙伴需要等等,我有時間也會發表到發燒友這邊。

我們也可以直接查看程序編譯后的 .map文件來證實上面的圖片,我們先找到RAM區域,能看到和FreeRTOS有關的函數啊數據啊,所占用的RAM空間地址:

圖片.png

在.map文件的最后,有系統棧 的地址:

圖片.png

其實上面的圖示就很好的告訴了我們,系統棧就是系統棧,FreeRTOS 任務棧先不管他是怎么運作的,不管他是什么機制,在RAM里面 和系統棧的位置都不一樣,完全是兩個東西。

2、用途的區別

所謂棧,就是用來保存“現場”的東西。

FreeRTOS 的 任務棧

每個任務都有自己的棧空間,用來保存每個任務自己的現場。 函數總有被打斷的時候,可能是中斷來了,也可能是任務調度,也可能是自己調用函數,這些情況都需要保存自己的現場,就需要用到自己的任務棧。

(具體的分析,需要講一大堆,在我其他的博文有些章節其實會有細說過相關知識,有時間的話,這里再來補充下)

系統棧

在裸機編程中,所有的“現場”保存都是用的系統棧,不管函數的調用,中斷,中斷嵌套。

在FreeRTOS中,中斷使用的是系統棧。每一個systick 中斷都會使用到系統棧。

以下是個人理解,在系統中,只要開始了任務調度,除了中斷,所有的調用,肯定都是在任務中進行的,只要在任務中進行,那么所有的函數調用需要保存的都是各個任務的現場,是用的任務棧。只有發生中斷的時候用的是系統棧。

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