MCUXpresso IDE: 如何查看FreeRTOS heap的使用情况

小恩GG · 发表于 2021-5-19 17:13:00

本帖最后由小恩GG 于 2021-5-24 09:48 编辑

我们的用户在使用FreeRTOS实时操作系统进行开发时，实时查看heap使用情况非常重要。本文主要讨论如何在MCUXpresso IDE里查看heap1-5的使用情况，对用户频繁出现的疑惑做出了说明。

1. 如何查看heap_3的使用情况

有些用户使用MCUXpressoIDE在查看heap_3使用时(以LPC55S69-EVK，SDK中\boards\lpcxpresso55s69\rtos_examples\freertos_hello为例)，出现以下情况：

这表明在Heap Usage窗口（菜单栏FreeRTOS=>Heap Usage）无法查看heap_3及静态内存分配方式下heap的使用。

对此，我们一个可行的workaround是在Expression窗口里（菜单栏Windows=>ShowView=>Other= >Debug=>Expression）查看heap使用。MCUXpressoIDE下查看heap_3使用的方法如下图所示：

Used: ((unsigned int)__end_of_heap)-((unsigned int)&_pvHeapStart)

Free: ((unsigned int)&_pvHeapLimit)-((unsigned int)__end_of_heap)

Heap size: ((unsigned int)&_pvHeapLimit)-((unsignedint)&_pvHeapStart)

将其导入Expression界面Debug得到以下结果：

2. 如何查看heap_1/2/4/5的使用情况

对于heap_1/2/4/5分配方式下heap的使用，可以使用Heap Usage（菜单栏FreeRTOS=>Heap Usage）窗口直接进行查看。

2.1 查看heap_1/2/4使用情况

以heap_4为例，Debug显示如下结果：

2.2 查看heap_5使用情况

测试heap_5，由于heap_5跨内存进行heap分配的特性，我们需要声明HeapRegion_t的heap数组（定义在main.c中），并在进行创建任务对象前调用vPortDefineHeapRegions函数。LPC55S69的片上RAM分布以及代码中heap分配如下所示，可以看到片上RAM分为4部分，我们使用了10K的SRAM与10K的SRAM4用于分配heap_4。

Debug结果如下所示，可以在结果中看到heap使用了两块地址不连续的片上RAM，在heap_5分配方式下，将优先使用HeapRegion_t数组定义的第一部分内存，第二部分内存处于Free状态。

3. Heap_1-5的切换及注意事项

heap分配方式的替换：在FreeRTOSConfig.h中，通过配置宏定义configFRTOS_MEMORY_SCHEME为x（默认为4）将FreeRTOS内存分配方式配置为heap_x（详情查看菜单栏Help=>MCUXpresso UserGuide=>FreeRTOS Debug Guide）。但是这样仍然不能配置为heap_x，需要将/freertos/freertos_kernel/portable/MemMang/heap_4.c替换为FreeRTOS源码中的heap_x.c。

heap1~5对heap的分配方式略有不同，heap_1/2/4都是使用FreeRTOSConfig.h中configTOTAL_HEAP_SIZE来生成一个大数组作为heap；heap_3的heap大小定义在启动文件中，分配方式本质上是对标准C库malloc()和free()简单包装；heap_5的heap大小定义在HeapRegion_t数组中。

4. heap_1-5的分配方式区别及应用场景

heap1~5对heap的分配方式与使用场所略有不同，如下图所示。

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shanggelaile · 发表于 2021-5-20 10:47:47

每种heap的分配都有不同的应用场景哦。
heap_1适合一些不会删除任务，队列以及信号量场所，特别是一些比较简单的系统和一些对安全性要求比较高的系统。
heap_2适合一些申请和释放操作不是特别频繁，而且不会申请大数组的场所（申请和释放会造成内存碎片，过多操作内存中可能没有大的连续区域)。
Heap_3实际使用的是c语言的malloc和free函数.
heap_4适用于内存分配和释放操作比较频繁的系统，例如要重复创建删除任务，队列，信号量等，是heap_2的升级版，可以将heap_2分配方式产生的碎片内存整合起来使用。
heap_5适用于系统需要管理不连续的内存空间，例如接入外部RAM或片上有多块RAM的场所。