memheap死机问题的分析与解决

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

stm32l476-st-nucleo 开启 SRAM2 的方法

#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

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

死机后，打印线程，发现 idle 线程栈异常

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！

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：

#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：

#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

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。