前言

嵌入式C语言执行的软件中，stack溢出会导致程序执行异常，严重可能导致直接进硬件异常中断(hardfault)。软件执行过程中的stack监控是非常有必要的，ETAS的StackM模块实现了运行过程中的stack监控，对于多核系统，对每个核的stack进行监控。本文介绍StackM配置及使用。

Stack基本介绍

栈是用来存储函数调用时的局部变量、函数参数以及返回地址等信息的数据结构。栈的生长方向一般是向下生长的，栈顶为高地址。

当一个函数被调用时，它的局部变量和函数调用的参数都会被压入栈中，这会导致栈指针（通常称为栈顶指针或SP）向下移动，即向更低的内存地址移动。当函数执行完毕并返回时，栈中的这些数据会被弹出，栈指针则会向上移动回到之前的值。

示例如下：

栈的原则：栈中的数据元素遵守 后进先出（LIFO）的原则

栈的两个经典操作：

压栈：栈的插入操作叫做 进栈 / 压栈 / 入栈 （入数据在栈顶）

出栈：栈的删除操作叫做出栈。（出数据也在栈顶）

StackM配置

以下配置都基于stack向下生长，即STACKM_GROWDOWN = TRUE

StackMTarget

配置将在运行时监控的堆栈属性，例如内核所属、起始地址和结束地址

StackMStackID:配置stack id，实际没啥用

StackMStackLimit1:Stack监控限制阈值1，固定为12.5%。

StackMStackLimit2:Stack监控限制阈值2，固定为25%。

StackMStackLimit3:Stack监控限制阈值3，固定为50%。

StackMStackCoreID：关联的核id
StackMStackName:关联的stack内存名

StackName在linker模块中配置，包括stack的大小

对应代码配置为：

#define Stack0_StackId     (0)
#if (STACKM_GROWDOWN == TRUE)
    #define Stack0_Start       ((uint32*)((uint32)&STACK_START_SYSCORE_STACK - 0x00000001))
    #define Stack0_End         ((uint32*)((uint32)&STACK_END_SYSCORE_STACK  + 0x00000000))
    #define Stack0_Limit0      ((uint32*)((uint32)&STACK_START_SYSCORE_STACK - (STACK_LEN_SYSCORE_STACK>>5)))  /* convert to uint32,limit boundary at 12.5% */
    #define Stack0_Limit1      ((uint32*)((uint32)&STACK_START_SYSCORE_STACK - (STACK_LEN_SYSCORE_STACK>>4)))  /* convert to uint32,limit boundary at 25% */
    #define Stack0_Limit2      ((uint32*)((uint32)&STACK_START_SYSCORE_STACK - (STACK_LEN_SYSCORE_STACK>>3)))  /* convert to uint32,limit boundary at 50% */

    /* Check whether the Address to check is out of address space of current stack */
    LOCAL_INLINE boolean STACKM_CBK_Stack0( const uint32* currAddr) {return (((currAddr > Stack0_Start) || (currAddr == 0))? TRUE:FALSE);}
#else
    #error "Stack growing direction not supported in current StackM version !"
#endif

上面的limit是转化为uint32之后的计算，不是基于byte的,所以多除了4。

StackMGeneral

StackMDevErrorDetect：使能错误检测

StackMEnable：使能StackM

StackMTraceEnable:使能trace跟踪功能

StackMPatternEnable:使能stack填充功能

StackMPattern：stack默认填充值

StackMLimitHigh:limit处填充的64字节的高32字节

StackMLimitHigh:limit处填充的64字节的低32字节

对应代码配置为：

#define STACKM_DEV_ERROR_DETECT STD_ON

/* Set to STD_ON if this feature has to be enabled, otherwise set STD_OFF */
#define STACKM_CFG_ENABLE STD_ON    /* Enable StackM component. */
#define STACKM_CFG_ENABLETRACE STD_ON    /* Enable Stack utilization tracing feature. */
#define STACKM_CFG_PATTERNINIT STD_ON    /* Enable Stack filling for tracing feature. */


#define STACKM_CFG_DEFAULTFILLUPVALUE ((uint32)0x4C4C4946)  /* "FILL" */
#define STACKM_CFG_LIMITHIGH ((uint32)0x3179656B)  /* "key1" */
#define STACKM_CFG_LIMITLOW ((uint32)0x3279656B)  /* "key2" */

Linker配置

配置对应stack的ld段，及stacksize

对应代码配置为：

#define STACK_LEN_SYSCORE_STACK        12288
#if (LINKER_STACK_GROWDOWN == TRUE)
    #define STACK_START_SYSCORE_STACK  __Stack_start_c0
    #define STACK_END_SYSCORE_STACK    __Stack_end_c0
#else
    #define STACK_START_SYSCORE_STACK  __SYSCORE_STACK_START
    #define STACK_END_SYSCORE_STACK    __SYSCORE_STACK_END
#endif

#define STACK_LEN_COMCORE_STACK        12288
#if (LINKER_STACK_GROWDOWN == TRUE)
    #define STACK_START_COMCORE_STACK  __Stack_start_c1
    #define STACK_END_COMCORE_STACK    __Stack_end_c1
#else
    #define STACK_START_COMCORE_STACK  __COMCORE_STACK_START
    #define STACK_END_COMCORE_STACK    __COMCORE_STACK_END
#endif

此处__Stack_start_c0为ld文件中定义的宏，表示的stack的高地址

    __Stack_start_c0         = ADDR(int_sram_stack_c0) + SIZEOF(int_sram_stack_c0);

EcuM配置

配置各个核的Stack初始化函数

主要就是对stack区域赋一个指定值

RTE配置

将对应的StackM的主函数映射到1ms任务上，或者在idle task中调用也是可以的

集成与测试

需要确认ld文件中的stack定义与StackM中的一致。

通过调用StackM_GetStackInfo函数获取stack监控的结果，对应结果参数定义结构体为StackM_StackMeasureType

typedef struct {
   uint32  FreeSpace;
   float32 FreePercent;
   uint8   CheckWordReached;
} StackM_StackMeasureType;

FreeSpace为当前剩余stack字节数，FreePercent为当前剩余stack百分比，CheckWordReached为1时说明Stack使用量达到过12.5%，为3时说明使用量达到过25%，为7时说明使用量达到过50%.

调试结果如下：

总结

在栈使用量超过一定值时可以做出一些报警动作，在调试阶段对stack监控后合理分配stack空间，也是非常有意义的。