寫在前面

主要是為剛接觸 FreeRTOS 的用戶指出那些新手通常容易遇到的問題。這里把最主要的篇幅放在棧溢出以及棧溢出檢測上，因為棧相關的問題是初學者遇到最多的問題。

printf-stdarg.c

當調用 C 標準庫 的函數時，棧空間使用量可能會急劇上升，特別是 IO 與字符串處理函數，比如 sprintf()、printf()等。在 FreeRTOS 源碼包中有一個名為 printf-stdarg.c 的文件。這個文件實現了一個棧效率優化版的小型 sprintf()、printf()，可以用來代替標準 C 庫函數版本。在大多數情況下，這樣做可以使得調用 sprintf()及相關函數的任務對棧空間的需求量小很多。

可能很多人都不知道freertos中有這樣子的一個文件，它放在第三方資料中，路徑為“ FreeRTOSv9.0.0\\FreeRTOS-Plus\\Demo\\FreeRTOS_Plus_UDP_and_CLI_LPC1830_GCC ”，我們發布工程的時候就無需依賴 C 標準庫 ，這樣子就能減少棧的使用，能優化不少空間。

該文件源碼（部分）：

1static int print( char **out, const char *format, va_list args )
 2{
 3    register int width, pad;
 4    register int pc = 0;
 5    char scr[2];
 6
 7    for (; *format != 0; ++format) {
 8        if (*format == '%') {
 9            ++format;
10            width = pad = 0;
11            if (*format == '\\0') break;
12            if (*format == '%') goto out;
13            if (*format == '-') {
14                ++format;
15                pad = PAD_RIGHT;
16            }
17            while (*format == '0') {
18                ++format;
19                pad |= PAD_ZERO;
20            }
21            for ( ; *format >= '0' && *format <= '9'; ++format) {
22                width *= 10;
23                width += *format - '0';
24            }
25            if( *format == 's' ) {
26                register char *s = (char *)va_arg( args, int );
27                pc += prints (out, s?s:"(null)", width, pad);
28                continue;
29            }
30            if( *format == 'd' || *format == 'i' ) {
31                pc += printi (out, va_arg( args, int ), 10, 1, width, pad, 'a');
32                continue;
33            }
34            if( *format == 'x' ) {
35                pc += printi (out, va_arg( args, int ), 16, 0, width, pad, 'a');
36                continue;
37            }
38            if( *format == 'X' ) {
39                pc += printi (out, va_arg( args, int ), 16, 0, width, pad, 'A');
40                continue;
41            }
42            if( *format == 'u' ) {
43                pc += printi (out, va_arg( args, int ), 10, 0, width, pad, 'a');
44                continue;
45            }
46            if( *format == 'c' ) {
47                /* char are converted to int then pushed on the stack */
48                scr[0] = (char)va_arg( args, int );
49                scr[1] = '\\0';
50                pc += prints (out, scr, width, pad);
51                continue;
52            }
53        }
54        else {
55        out:
56            printchar (out, *format);
57            ++pc;
58        }
59    }
60    if (out) **out = '\\0';
61    va_end( args );
62    return pc;
63}
64
65int printf(const char *format, ...)
66{
67    va_list args;
68
69    va_start( args, format );
70    return print( 0, format, args );
71}
72
73int sprintf(char *out, const char *format, ...)
74{
75    va_list args;
76
77    va_start( args, format );
78    return print( &out, format, args );
79}
80
81
82int snprintf( char *buf, unsigned int count, const char *format, ... )
83{
84    va_list args;
85
86    ( void ) count;
87
88    va_start( args, format );
89    return print( &buf, format, args );
90}

使用的例子與 C 標準庫基本一樣：

1int main(void)
 2{
 3    char *ptr = "Hello world!";
 4    char *np = 0;
 5    int i = 5;
 6    unsigned int bs = sizeof(int)*8;
 7    int mi;
 8    char buf[80];
 9
10    mi = (1 << (bs-1)) + 1;
11    printf("%s\\n", ptr);
12    printf("printf test\\n");
13    printf("%s is null pointer\\n", np);
14    printf("%d = 5\\n", i);
15    printf("%d = - max int\\n", mi);
16    printf("char %c = 'a'\\n", 'a');
17    printf("hex %x = ff\\n", 0xff);
18    printf("hex %02x = 00\\n", 0);
19    printf("signed %d = unsigned %u = hex %x\\n", -3, -3, -3);
20    printf("%d %s(s)%", 0, "message");
21    printf("\\n");
22    printf("%d %s(s) with %%\\n", 0, "message");
23    sprintf(buf, "justif: \\"%-10s\"\\n", "left"); printf("%s", buf);
24    sprintf(buf, "justif: \"%10s\"\\n", "right"); printf("%s", buf);
25    sprintf(buf, " 3: %04d zero padded\\n", 3); printf("%s", buf);
26    sprintf(buf, " 3: %-4d left justif.\\n", 3); printf("%s", buf);
27    sprintf(buf, " 3: %4d right justif.\\n", 3); printf("%s", buf);
28    sprintf(buf, "-3: %04d zero padded\\n", -3); printf("%s", buf);
29    sprintf(buf, "-3: %-4d left justif.\\n", -3); printf("%s", buf);
30    sprintf(buf, "-3: %4d right justif.\\n", -3); printf("%s", buf);
31
32    return 0;
33}

棧計算

每個任務都獨立維護自己的棧空間， 任務棧空間總量在任務創建時進行設定。uxTaskGetStackHighWaterMark()主要用來查詢指定任務的運行歷史中， 其棧空間還差多少就要溢出。這個值被稱為棧空間的 High Water Mark 。

函數原型：

1UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask )

想要使用它，需要將對應的宏定義打開：INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark

函數描述：

如果不知道怎么計算任務棧大小，就使用這個函數進行統計一下，然后將任務運行時最大的棧空間作為任務棧空間的80%大小即可。即假設統計得到的任務棧大小為常量 A ，那么在創建線程的時候需要 X 大小的空間，那么 X * 80% = A ，算到的 X 作為任務棧大小就差不多了。

運行時棧檢測

FreeRTOS 包含兩種運行時棧檢測機制，由 FreeRTOSConfig.h 中的配置常量configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 進行控制。這兩種方式都會增加上下切換開銷。

棧溢出鉤子函數(或稱回調函數)由內核在檢測到棧溢出時調用。要使用棧溢出鉤子函數，需要進行以下配置：

• 在 FreeRTOSConfig.h 中把 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 設為 1 或者 2 。
• 提供鉤子函數的具體實現，采用下面所示的函數名和函數原型。

1void vApplicationStackOverflowHook( xTaskHandle *pxTask, signed portCHAR *pcTaskName );

補充說明：

• 棧溢出鉤子函數只是為了使跟蹤調試棧空間錯誤更容易，而無法在棧溢出時對其進行恢復。函數的入口參數傳入了任務句柄和任務名，但任務名很可能在溢出時已經遭到破壞。
• 棧溢出鉤子函數還可以在中斷的上下文中進行調用
• 某些微控制器在檢測到內存訪問錯誤時會產生錯誤異常，很可能在內核調用棧溢出鉤子函數之前就觸發了錯誤異常中斷。

方法1

當 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 設置為 1 時選用方法 1 。

任務被交換出去的時候，該任務的整個上下文被保存到它自己的棧空間中。這時任務棧的使用應當達到了一個峰值。當 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 設為1 時，內核會在任務上下文保存后檢查棧指針是否還指向有效棧空間。一旦檢測到棧指針的指向已經超出任務棧的有效范圍，棧溢出鉤子函數就會被調用。

方法 1 具有較快的執行速度，但棧溢出有可能發生在兩次上下文保存之間，這種情況不會被檢測到，因為這種檢測方式僅在任務切換中檢測。

方法2

將 configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW 設為 2 就可以選用方法 2 。方法 2在方法 1 的基礎上進行了一些補充。

當創建任務時，任務棧空間中就預置了一個標記。方法 2 會檢查任務棧的最后 20個字節的數據，查看預置在這里的標記數據是否被覆蓋。如果最后 20 個字節的標記數據與預設值不同，則棧溢出鉤子函數就會被調用。

方法 2 沒有方法 1 的執行速度快，但測試僅僅 20 個字節相對來說也是很快的。這種方法應該可以檢測到任何時候發生的棧溢出，雖然理論上還是有可能漏掉一些情況，但這些情況幾乎是不可能發生的。

其它常見錯誤

在一個 Demo 應用程序中增加了一個簡單的任務，導致應用程序崩潰

可能的情況：

1. 任務創建時需要在內存堆中分配空間。許多 Demo 應用程序定義的堆空間大小只夠用于創建 Demo 任務——所以當任務創建完成后，就沒有足夠的剩余空間來增加其它的 任務，隊列或信號量 。

2. 空閑任務是在 vTaskStartScheduler()調用中自動創建的。如果由于內存不足而無法創建空閑任務，vTaskStartScheduler()會直接返回。所以一般在調用 vTaskStartScheduler()后加上一條空循環for(;;) / while(1)可以使這種錯誤更加容易調試。

   如果要添加更多的任務，可以增加內存堆空間大小（修改配置文件），或是刪掉一些已存在的 Demo任務。

在中斷中調用一個 API 函數，導致應用程序崩潰

需要做的第一件事是檢查中斷是否導致了棧溢出。

然后檢查API接口是否正確 ，除了具有后綴為FromISR函數名的 API 函數，千萬不要在中斷服務程序中調用其它 API 函數。

除此之外，還需要注意中斷的優先級：

FreeRTOSConfig.h文件中可以配置系統可管理的最高中斷優先級數值，宏定義configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY是用于配置basepri寄存器的，當basepri設置為某個值的時候，會讓系統不響應比該優先級低的中斷，而優先級比之更高的中斷則不受影響。就是說當這個宏定義配置為5的時候，中斷優先級數值在0、1、2、3、4的這些中斷是不受FreeRTOS管理的，不可被屏蔽， 同時也不能調用FreeRTOS中的API函數接口 ，而中斷優先級在5到15的這些中斷是受到系統管理，可以被屏蔽的，也可以調用FreeRTOS中的API函數接口。

臨界區無法正確嵌套

除了 taskENTER_CRITICA()和 taskEXIT_CRITICAL()，千萬不要在其它地方修改控制器的中斷使能位或優先級標志。這兩個宏維護了一個嵌套深度計數，所以只有當所有的嵌套調用都退出后計數值才會為 0，也才會使能中斷。

在調度器啟動前應用程序就崩潰了

這個問題我也會遇到，如果一個中斷會產生上下文切換，則這個中斷不能在調度器啟動之前使能。這同樣適用于那些需要讀寫隊列或信號量的中斷。在調度器啟動之前，不能進行上下文切換。

還有一些 API 函數不能在調度器啟動之前調用。在調用 vTaskStartScheduler()之前，最好是限定只使用創建任務，隊列和信號量的 API 函數。

比如有一些初始化需要中斷的，或者在初始化完成的時候回產生一個中斷，這些驅動的初始化最好放在一個任務中進行，我是這樣子處理的，在main函數中創建一個任務，在任務中進行bsp初始化，然后再創建消息隊列、信號量、互斥量、事件以及任務等操作。

在調度器掛起時調用 API 函數，導致應用程序崩潰

調用 vTaskSuspendAll()使得調度器掛起，而喚醒調度器調用 xTaskResumeAll()。千萬不要在調度器掛起時調用其它 API 函數。