【FreeRTOS复盘】2-FreeRTOS在STM32中是如何使用内存的
一般由C/C++编译的程序占用的内存分为以下5个部分:
RAM：
1、栈区（stack）—由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其操作方式类似于数据结构中的栈。（static 修饰的局部变量位于全局区（静态区））
2、堆区（heap）—一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表
3、全局区（静态区）（static）—全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。
ROM：
4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。
5、程序代码区—存放函数体的二进制代码
没有FreeRTOS 的时候：STM32 资源的分配：
（ 可见STM32 对于静态区的内容分为了两块，一块是 BSS，存储初始化为0和未经初始化的全局变量或者静态变量；
另一块是 DATA， 存储初始化不为0的全局变量和静态变量； 这样做节省了静态区占用 FLASH 的空间。）
有FreeRTOS 后（注意 FreeRTOS 的任务栈空间位于 FreeRTOS 的堆之中）：
STM32无OS编程 Stack_Size和Heap_Size大小设置的意义
其中STACK_SIZE和HEAP_SIZE在STM32的启动文件startup_stm32fxx.s中都有定义，这两个值一般的工程都不需要调整，足够使用。
1 Stack_Size EQU 0x400 2 3 AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 4 Stack_Mem SPACE Stack_Size 5 __initial_sp 6 7 ; <h> Heap Configuration 8 ; <o> Heap Size (in Bytes) <0x0-0xFFFFFFFF:8> 9 ; </h> 10 11 Heap_Size EQU 0x200 12 13 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
在使用STM32编程时，一般情况下我们不会关注堆栈空间的大小，因为在STM32的启动文件中，已经帮我们预先设置好了堆栈空间的大小。如下图所示的启动代码中，Stack栈的大小为：0x400（1024Byte），Heap堆的大小为：0x200（512Byte）。
1，Stack Size，一般小工程0X400足够，所以默认无需设置太大，确实需要调整，可根据实际需求手动修改。
2，Heap Size，如果没有用到标准库的malloc，就是废物，纯属浪费内存，所以直接设置为0即可。
FreeRTOS中的堆
FreeRTOS中的堆也属于ZI区，但是它与STM32内存结构中的堆并不占用相同的空间，两个堆同时存在。以下出现的堆(heap)表示FreeRTOS堆，另外在STM32启动文件中定义大小的堆称为系统堆。
FreeRTOS有5种heap的实现方式，在STM32CubeMX中默认为heap_4.c。这种方式可以满足大部分使用需求，暂时不用关注其实现细节。
这一个堆的大小定义在FreeRTOSConfig.c中：
FreeRTOS创建任务时默认的任务栈大小为128字，在32位系统中即为128*4=512Byte，再加上TCB块占用84Byte，一共596Byte。而大小为3072Byte的堆允许创建3个这样的任务，占用约1800Byte。堆中剩余的部分则存放了系统内核、信号量、队列、任务通知等数据。
需要创建更多任务时，堆的大小可自行修改。用RAM的空间减去已分配的空间，即为能给堆分配的最大空间：
Space=RAM−bss−data−SysHeap−Stack
FreeRTOS堆和任务的空间分配
FreeRTOS堆和任务栈在运行中具有很强的动态性，其大小很难估计。
我们在实际使用中，可以先把空间调整得大一些。程序正常运行后，再通过一些API查看堆栈剩余的空间大小，估算程序运行中需求内存空间的最大值。最后将这个最大值乘一个安全系数，得到最终应该分配的空间大小。安全系数推荐1.3到1.5。
查看堆(heap)剩余空间的API有：
1 size_t xPortGetFreeHeapSize( void ); //获取当前未分配的内存堆大小 2 size_t xPortGetMinimumEverFreeHeapSize( void ); //获取未分配的内存堆历史最小值
它们返回值的单位都是字节。
需要注意的是，xPortGetFreeHeapSize()在使用heap_3.c时不能被调用；xPortGetMinimumEverFreeHeapSize()则只能在使用heap_4.c或heap_5.c时生效。
查看任务栈剩余空间的API：
UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask );
这个函数可以获取一个任务从创建好到调用此函数时，任务栈空间的历史最小剩余值(HighWaterMark)。使用这个函数时需注意，它的返回值的单位是字（STM32里1个字长为4个字节）。
这个API默认是关闭状态，需要手动在Cubemx（或配置文件中）将宏INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark置为1。
我在使用过这些API后发现，他们本身也会占用相当的内存空间，尤其是uxTaskGetStackHighWaterMark()，会拖慢任务运行速度。所以在程序的正式版中，应该将他们删除。
任务栈空间和FreeRTOS堆空间优化
以上关系搞清楚，那么又该如何定heap的空间大小呢，可以先进行一个粗略的计算，假设任务1分配2kbytes栈，任务2分配3kbytes栈，队列大概占1k，用户malloc大概2k，这么算一共就是8k。那么在资源有限的情况下可以先把heap空间分个15k。
通过在任务函数中加入之前提到的3个API：
1 size_t xPortGetFreeHeapSize( void ); //获取当前未分配的内存堆大小 2 size_t xPortGetMinimumEverFreeHeapSize( void ); //获取未分配的内存堆历史最小值 3 UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask ); //查看任务栈空间的历史最小值
就可以打印出来该任务自启动起来最小剩余栈空间大小。然后我们就可以计算出最大使用的大小，一般可以再乘以1.5左右作为最终分配的值。需要注意的是该函数不像前面两个返回的是bytes，而返回的以字为单位，真实的bytes需要乘以4。所以总体的原则就是：先分大再调小最终把它确定好。
