我们身边的STEM 01:单片机及其堆栈设计小窍门

in #cn-stem5 years ago (edited)

我们身边很多东西都有用到单片机,比如电视,洗衣机,手机等等。这算是相对高大上的,还有一些平时不起眼的,比如遥控器,闹钟,定时器,仪器仪表等,也都用到了单片机。

先给大家介绍一下什么是单片机。按照百度百科的介绍:

单片机(Microcontrollers)是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统,在工业控制领域广泛应用。

简单来说,你可以认为单片机就是一台简化版的电脑。大家买电脑的时候,会要求更快的CPU,更大的内存(RAM),因为那样不会卡。快的CPU大家都好理解,为什么内存也要大呢?

内存是计算机系统里面的重要部件之一,它是和CPU进行沟通的桥梁。我们所有的程序都是安装在硬盘中,但是运行的时候,需要将程序调入内存,暂时存放CPU运算所需和所得的数据,再与硬盘等外部处理器交换数据。

内存小的话,就算CPU再快,但是桥梁不顺,电脑在使用的时候就会变慢,这对于用户,直观的感觉就是卡。

堆栈是在内存中再开辟出一块区域,用于存取一些运行过程中重要的变量。如果堆栈出错,那么程序运行一定会奔溃。所以计算机编程的时候,堆栈的保护是一件很重要的事情。

而单片机因为资源有限,不像现在电脑动辄十几G,几十G的内存,像很多便宜一点的单片机,只有几百个字节的RAM。如果电脑是一头大象,那么和PC相比,单片机就像一粒灰尘:
1G = 1024K,
1K = 1024byte,
也就是说,1G内存,就有1024*1024 byte = 1048576 bytes,而下面我举的例子,Texas Instruments的MSP430系列的单片机MSP430F135,它的RAM只有512 bytes。

要说单片机编程的项目中,最怕的是什么?恐怕几乎所有的软件工程师都会异口同声地说:

天不怕地不怕,就怕TNND堆栈溢出!!!

确实是这样。

因为其他人为写出来的bug,重现性比较确定,那么工程师在捉虫的时候相对容易找出;而如果是堆栈发生错误,比如堆栈溢出,那么最终产品的表现那可是千奇百怪五花八门,每一次都不一样,程序调试难度很大。

那么,有没有什么简单的方法得知单片机编程时,堆栈够不够用呢?

大神告诉你,其实是有的。

在若干年前,我曾经写过一篇关于MSP430的IAR调试技巧,当时拯救过无数的单片机应用业内的痴男怨女。

只是,那时文章都发在传统的bbs上,即使被一些大网站转载,往往也丢失了图。像我现在搜索当初的文档,就只有一点点文字,以及我的网名。

所以,我今天重新整理了一下,把这个小技巧po上区块链,看看能保存多久:

iar430中查看ram使用情况以及如何判断堆栈是否溢出

iar430中定义的变量是从ram的起始地址向上,而堆栈是从ram的终止地址向下。

以msp430f135为例,它是512bytes的ram,起始地址为200h,终止地址为3ffh,所以它的变量是从200h开始,向3ffh方向存放,而堆栈是从3ffh开始,向200h方向压栈。

当变量存储空间和堆栈最大占用空间在中间相遇时,就发生了堆栈溢出。

下面就详细介绍如何查看ram使用情况:
1 当然是烧程序到目标板里呀

2 选择window/memory,打开memory窗口

3 从ram的起始地址200h开始,输入200,再回车
4 选中200h~3ffh区域(135为512ram),右键选择memory fill……
5 在memory fill中的start写入:0x200,length写:512,value填入FF(也可填入其他值),被选中的区域全填充FF

可以看到,整个RAM区域,全部都被赋值0xFF:

6 运行程序,跑一遍设计的所有功能,再停止cspy,看看memory窗口

7 如果再填充的区域内已经没有FF存在,就说明已经发生堆栈溢出或是会有溢出的危险(ram刚好够用)。最好保留一定余量的ram不被改变,以防发生溢出

我们可以看出,在设计对象完整地跑一遍所有功能后,RAM区域还有很多byte没有被改变,还是0xFF,那么针对这个设计而言,堆栈留出的余量是足够的,不会有问题。

如果运行一段时间后,发现几乎没有多余的RAM空闲,那么,要么修改程序,降低复杂程度,减小RAM占用率;要么重新选取RAM更大的MCU,这样才能设计出可靠的产品。

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哈哈哈,富根能来个满赞么?

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你今天过的开心吗?快来使用超级好用的steemit客户端---Partiko,这个可是我们华人团队开发的哦。假如我的留言打扰到你,请回复“取消”。

太专业了!

哈哈,已经掺了水了

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👍,但是自己對這些東西都不明白

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哈哈,尝试让大家走近科学🤓

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非常棒的想法,不像我空間有限😁

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我们这种已经退休的,享受生活就够啦🤓🤓🤓

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机机多写点这类哒……👏

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这得机缘巧合各种因缘汇聚才能出一篇😂

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