在IAR Embedded Workbench中分析和监控堆栈使用
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发布时间：2024-10-03 15:27
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时间：2024-10-03 15:41
本文旨在介绍如何使用IAR Embedded Workbench进行堆栈分析与监控。它不仅帮助开发者设定适当的堆栈大小，提升系统稳定性和可靠性，同时优化RAM使用。若需详细了解堆栈基础知识，请参考过往推荐文章。
静态堆栈使用分析涉及链接器计算根函数（不被其他函数调用的函数，包括启动函数、中断函数与RTOS任务函数等）的最大堆栈使用量。通过在IAR Embedded Workbench中启用堆栈使用分析，链接器生成的map文件将列出每个根函数的最大堆栈深度。在Project>Options>Linker>Advanced中，选择Enable stack usage analysis开启该功能。
请确保在Project>Options>Linker> List选项卡中勾选Generate Linker map file以使map文件生成。举例来说，程序入口根函数(__iar_program_start)的最大堆栈深度为288字节，中断根函数(__interrupt_170和_default_handler)的最大堆栈深度为120字节。
注意：1. 计算的最大堆栈深度需基于准确的函数堆栈使用信息，编译器通常为每个函数生成此信息。但若涉及函数指针的间接调用，开发者需提供相应的调用信息。2. map文件中的最大堆栈深度不包含中断/任务抢占所需的额外堆栈空间，需由开发者手动计算。更多详情请参阅Arm Cortex-M专家Joseph Yiu的文章。
运行时堆栈使用监控是通过C-SPY调试器实现的。调试器在程序启动前用特殊数值模式（例如0xCD）填充堆栈区域。运行一段时间后，堆栈内存从末端向上检查，直至找到与0xCD不同的值，即SP曾经到达的最大位置。由此计算出堆栈大小并减去未被覆盖的部分，确保保留额外空间以防测试不充分或未反映所有可能的运行情况。
在IDE Options> Stack选项中勾选Enable graphical stack display and stack usage tracking以启用此功能。调试时，通过View>Stack打开Stack窗口，执行停止操作时，C-SPY会更新堆栈使用情况。
图形显示的堆栈条，左端代表堆栈底部，即SP空时的位置，右端代表堆栈内存的末端。深灰色区域表示已使用的堆栈内存，浅灰色区域表示未使用的堆栈内存。当堆栈使用超过预设阈值时，图形堆栈条会变为红色。
注意：1. 该功能无法在堆栈溢出时立即检测，只能检测留下的痕迹。尽管这是一项可靠的堆栈使用监控方法，但并不能保证总是检测到堆栈溢出。例如，堆栈溢出时可能未正确增长到范围外，甚至改变了堆栈区域以外的内存，但堆栈内的数据未被修改。2. 该功能仅监控系统的主堆栈，无法监控RTOS中的任务堆栈。为此，IAR Embedded Workbench提供了对应RTOS的调试插件，用于监控运行时RTOS的任务堆栈。
总结：正确设定堆栈大小对于嵌入式系统至关重要，本文介绍了如何使用IAR Embedded Workbench进行静态堆栈分析与运行时监控，以帮助开发者了解应用程序堆栈使用情况，提升系统稳定性和可靠性。
参考文献：
1. IAR C/C++ Development Guide (Stack usage analysis)
2. How much stack memory do I need for my Arm Cortex-M applications? ： community.arm.com/arm-c...
3. C-SPY® Debugging Guide (Monitoring stack usage)
4. IAR Embedded Workbench Integrated software and RTOS： iar.com/products/integr...
