Debugging 如何可视化AVR程序的内存（SRAM）使用情况？

我在AVR微控制器（ATMega328P）上运行的C程序中遇到了一个问题。我相信这是由于堆栈/堆冲突造成的，但我希望能够确认这一点

是否有任何方法可以通过堆栈和堆来可视化SRAM的使用情况

注意：该程序使用avr gcc编译，并使用avr libc

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更新：我遇到的实际问题是malloc实现失败（返回

NULL

）。所有

malloc

ing都发生在启动时，而所有

free

ing都发生在应用程序的末尾（实际上，这永远不会发生，因为应用程序的主要部分处于无限循环中）。所以我确信碎片不是问题所在。

通常的方法是用已知的模式填充内存，然后检查哪些区域被覆盖。

如果同时使用堆栈和堆，那么可能会有点棘手。我将解释在不使用堆的情况下我做了什么。一般来说，我工作过的所有公司（在嵌入式C软件领域）都避免在小型嵌入式项目中使用堆，以避免堆内存可用性的不确定性。我们使用静态声明的变量

一种方法是在启动时用已知模式（例如0x55）填充大部分堆栈区域。这通常是在软件执行的早期由一小段代码完成的，要么就在main（）的开始，要么甚至在启动代码的main（）开始之前。当然，注意不要在此时覆盖正在使用的少量堆栈。然后，在运行软件一段时间后，检查堆栈空间的内容，并查看0x55在何处仍然完好无损。如何“检查”取决于目标硬件。假设您连接了一个调试器，那么您可以简单地停止微运行并读取内存

如果您有一个调试器可以执行内存访问断点（比通常的执行断点更奇特），那么您可以在特定堆栈位置（例如堆栈空间的最远限制）设置断点。这可能非常有用，因为它还可以准确地显示当达到堆栈使用程度时正在运行的代码位。但它需要调试器支持内存访问断点功能，而且在“低端”调试器中通常找不到

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如果您也在使用堆，那么它可能会有点复杂，因为可能无法预测堆栈和堆将在何处发生冲突。

如果您可以编辑堆的代码，您可以在每个内存块上添加两个额外的字节（在资源如此低的情况下很棘手）。这些字节可能包含与堆栈不同的已知模式。如果它与堆栈发生冲突，则可以通过看到堆栈出现在堆栈内部或堆栈内部来提供线索。

假设您只使用一个堆栈（因此不是RTO或任何东西），并且堆栈位于内存末端，向下生长，而堆在BSS/数据区域之后开始生长。我见过malloc的实现，它们实际上检查stackpointer并在冲突时失败。你可以试着这么做

如果无法修改malloc代码，可以选择将堆栈放在内存的开头（使用链接器文件）。通常，知道/定义堆栈的最大大小总是一个好主意。如果你把它放在开头，你会在读RAM开头以外的内容时出错。堆将位于末尾，如果它是一个合适的实现，则可能无法增长到末尾之外（将返回NULL）。好消息是您知道，对于两个不同的问题，有两个不同的错误案例

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要找出最大堆栈大小，可以使用一个模式填充内存，运行应用程序并查看它运行了多远，另请参阅Craig的回复。

不要在嵌入式目标上使用堆/动态分配。尤其是对于资源如此有限的处理器。而是重新设计应用程序，因为随着程序的增长，问题会再次出现。

在类似Unix的操作系统上，名为sbrk（）的库函数（参数为0）允许您访问动态分配的堆内存的最高地址。返回值是void*指针，可以与任意堆栈分配变量的地址进行比较

使用该比较结果时应小心。根据CPU和系统架构的不同，堆栈可能从任意高地址向下增长，而分配的堆将从低绑定内存向上移动

有时，操作系统还有其他内存管理概念（即OS/9），它将堆和堆栈放在空闲内存的不同内存段中。在这些操作系统上，特别是对于嵌入式系统，您需要定义系统的最大内存需求

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应用程序，使系统能够分配匹配大小的内存段。

您说malloc失败并返回NULL：

首先应该考虑的明显原因是堆“已满”——即，无法分配请求malloc的内存，因为它不可用

有两种情况需要记住：

答：你有一个16K的堆，你已经移动了10K，你试着再移动10K。你的堆实在太小了

b：更常见的情况是，你有一个16K的堆，你一直在做一系列malloc/free/realloc调用，而你的堆不到50%“满”：你调用malloc 1K，它失败了-怎么了？答-堆可用空间是碎片化的-没有连续1K的可用内存可以返回。当这种情况发生时，C堆管理器无法压缩堆，因此通常情况下是不好的。有一些技术可以避免碎片化，但很难知道这是否真的是问题所在。您需要将日志记录垫片添加到malloc和free中，这样您就可以得到一个想法

char *buffer;

void init()
{
  buffer = malloc(BUFFSIZE);
}

char buffer[BUFFSIZE];

AVR Memory Usage
----------------
Device: atmega16

Program:    7376 bytes (45.0% Full)
(.text + .data + .bootloader)

Data:         81 bytes (7.9% Full)
(.data + .bss + .noinit)

EEPROM:       63 bytes (12.3% Full)
(.eeprom) 

int freeRam () {
  extern int __heap_start, *__brkval; 
  int v; 
  return (int) &v - (__brkval == 0 ? (int) &__heap_start : (int) __brkval); 
}

void setup () {
    Serial.begin(57600);
    Serial.println("\n[memCheck]");
    Serial.println(freeRam());
}