基于RTOS的應(yīng)用中，每個(gè)任務(wù)都擁有自己的堆棧空間。堆棧設(shè)置過(guò)大，會(huì)造成內(nèi)存資源浪費(fèi)；設(shè)置過(guò)小，可能導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中的任務(wù)棧溢出，從而導(dǎo)致一些奇怪的系統(tǒng)行為。

事實(shí)上，當(dāng)應(yīng)用程序行為“奇怪”時(shí)，我們首先想到的就是堆棧大小不足。

但任務(wù)所需的堆棧大小與具體應(yīng)用相關(guān)，如何確定任務(wù)堆棧的大小？

通過(guò)分析任務(wù)實(shí)現(xiàn)，我們可以通過(guò)手動(dòng)計(jì)算的方法獲取任務(wù)所需的堆棧空間：

1.所有函數(shù)嵌套調(diào)用所需的內(nèi)存

對(duì)于每個(gè)層級(jí)的函數(shù)調(diào)用：

根據(jù)CPU架構(gòu)，存儲(chǔ)一個(gè)指向函數(shù)調(diào)用返回地址的指針。一些CPU實(shí)際上將函數(shù)返回地址保存在特殊寄存器中（通常稱為鏈接寄存器LR）。但如果該函數(shù)嵌套調(diào)用其它函數(shù)，則調(diào)用者必須保存鏈接寄存器的內(nèi)容，因此，計(jì)算時(shí)我們假設(shè)指針也被壓入堆棧。

函數(shù)調(diào)用時(shí)，傳遞參數(shù)所需的內(nèi)存。參數(shù)通常使用寄存器傳遞，但同樣，如果一個(gè)函數(shù)調(diào)用其它函數(shù)，寄存器內(nèi)容需要保存到堆棧中。因此，假設(shè)使用堆棧傳遞所有參數(shù)以確定任務(wù)堆棧的大小。

存儲(chǔ)函數(shù)的局部變量所需內(nèi)存空間。

用于函數(shù)運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部狀態(tài)保存所需的堆?？臻g。

2.完整的CPU上下文存儲(chǔ)空間，上下文通常指CPU的寄存器現(xiàn)場(chǎng)，如果需要FPU功能，還需保存相應(yīng)的FPU寄存器

3.中斷處理現(xiàn)場(chǎng)保存。如果沒(méi)有獨(dú)立的中斷堆棧，還需在任務(wù)堆棧中為每個(gè)可能嵌套的ISR增加存儲(chǔ)CPU上下文的空間，以及ISR中的局部變量所需的堆棧空間。

將所有這些信息加起來(lái)是一件繁瑣的工作，而得到的數(shù)字僅是堆棧的最低需求。計(jì)算是假定已知代碼的確切路徑，但有時(shí)并不可能。例如調(diào)用printf()函數(shù)時(shí)，很難猜測(cè)printf()需要多少堆棧空間。為了應(yīng)用安全，我們還需要在計(jì)算值的基礎(chǔ)上，乘以一些安全系數(shù)，如1.5到2.0。推算出任務(wù)堆棧值后，我們可以通過(guò)調(diào)試手段進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)置。

許多IDE的調(diào)試器都提供了內(nèi)核感知插件，該插件允許用戶查看某些內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如任務(wù)的狀態(tài)，如圖1所示，IAR提供了FreeRTOS感知插件。通過(guò)IDE的內(nèi)核感知插件，應(yīng)用停止運(yùn)行時(shí)，可以查看當(dāng)前任務(wù)堆棧使用情況，基于插件提供的信息調(diào)整任務(wù)堆棧設(shè)置，但只能獲得某個(gè)瞬間的快照。

圖1IDE提供的內(nèi)核感知功能

為了實(shí)時(shí)監(jiān)控任務(wù)堆棧使用，優(yōu)化堆棧設(shè)置，我們還可以借助RTOS的可視化分析工具，如Tracealyzer，在運(yùn)行時(shí)監(jiān)控堆棧使用情況。通過(guò)堆棧使用視圖顯示隨時(shí)間的變化，每個(gè)任務(wù)使用或未使用的堆棧數(shù)量，從而調(diào)整任務(wù)堆棧設(shè)置，優(yōu)化內(nèi)存使用。

圖2Tracealyzer的堆棧使用捕獲

一般來(lái)說(shuō)，任務(wù)堆?？梢詮囊粋€(gè)比較大的堆棧空間開(kāi)始，在運(yùn)行時(shí)監(jiān)視堆棧空間的使用情況，以查看應(yīng)用程序運(yùn)行一段時(shí)間后實(shí)際使用了多少堆棧空間。基于可視化分析，用戶可以更清晰直觀的掌握系統(tǒng)中內(nèi)存的使用情況，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出更高質(zhì)量的代碼。

審核編輯 ：李倩