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。
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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]);
}
}
}
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limit;
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zi
limit)
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#pragma section=cstack
#define heap_begin (__segment_end(cstack))
#else
extern int __bss_end;
#define heap_begin ((void *)&__bss_end)
#endif
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解决方法
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