STM32F4在外部RAM中运行FreeRTOS

Question

我们有一个论文项目正在进行中，这些人正试图让外部RAM为STM32F417 MCU工作。该项目正在尝试一些真正需要资源的东西，而内部RAM是不够的。

问题是如何最好地做到这一点。

目前的方法是将链接脚本（gnu-ld）中的RAM地址替换为外部RAM的地址。

这种方法的问题是，在初始化过程中，由于FSMC尚未初始化，芯片必须在内部RAM上运行。

它似乎有效，但一旦运行pvPortMalloc，我们就会出现硬故障，这可能是由于取消引用伪造的地址，我们可以看到变量在系统初始化时没有正确初始化（我想这是有道理的，因为内部RAM根本没有使用，而它可能应该使用）。

我意识到这是一个模糊的问题，但在Cortex M4 MCU（更具体地说是STM32F4）的外部RAM中运行代码时，一般的方法是什么？

感谢

Answer 1

FreeRTOS定义并使用单个大内存区域进行堆栈和堆管理；这只是一个字节数组，其大小由FreeRTOSConfig.h中的configTOTAL_HEAP_SIZE符号指定。FreeRTOS使用其pvPortMalloc函数在该内存区域中分配任务堆栈，因此这里的主要目标是将FreeRTOS堆区域放置到外部SRAM中。

FreeRTOS堆内存区域在heap_*.c中定义（除了使用标准库malloc的heap_3.c，它没有定义任何自定义堆区域），该变量称为ucHeap。您可以使用编译器扩展来设置它的部分。对于GCC来说，这将类似于：

static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ] __attribute__ ((section (".sram_data")));

现在，我们需要配置链接器脚本，将这个自定义部分放置到外部SRAM中。有几种方法可以做到这一点，这再次取决于您使用的工具链。使用GCC，一种方法是为SRAM定义一个存储区域，并为".sram_data"定义一个部分以附加到SRAM区域，类似于：

MEMORY 
{
    ...
    /* Define SRAM region */
    sram    : ORIGIN = <SRAM_START_ADDR>, LENGTH = <SRAM_SIZE>
}
SECTIONS 
{
    ...
    /* Define .sram_data section and place it in sram region */
    .sram_data :
    {
        *(.sram_data)
    } >sram
    ...
}

这将把ucHeap区域放在外部SRAM中，而所有其他文本和数据部分将放在默认存储区域（内部闪存和ram）中。

几个注意事项：

• 在调用任何FreeRTOS函数（如xTaskCreate）之前，请确保初始化SRAM控制器/FFSMC
• 一旦启动任务，所有堆栈分配的变量都将放在ucHeap（即extRAM）中，但全局变量仍分配在内部RAM中。如果仍然存在内部RAM大小问题，可以使用编译器扩展配置其他全局变量以放置在".sram_section"中（如ucHeap所示）
• 如果您的代码使用动态内存分配，请确保使用pvPortMalloc/vPortFree，而不是stdlib malloc/free。这是因为只有pvPortMalloc/vPortFree会使用extRAM中的ucHeap区域（而且它们是线程安全的，这是一个优点）
• 如果使用具有不同内存块大小的pvPortMalloc/vPortFree进行大量动态任务创建/删除和内存分配，请考虑使用heap_4.c而不是heap_2.c。当使用几个不同的块大小时，heap_2.c存在内存碎片问题，而heap_4.c能够将相邻的空闲内存块组合成一个大块

另一个（可能更简单）的解决方案是将ucHeap变量定义为指针而不是数组，如下所示：

static uint8_t * const ucHeap = <SRAM_START_ADDR>;

这不需要任何特殊的链接器脚本编辑，所有内容都可以放在默认部分。请注意，使用此解决方案，链接器不会显式为堆保留任何内存，并且会丢失一些潜在的有用信息/错误（如堆区域不适合extRAM）。但只要外部RAM中只有ucHeap，并且configTOTAL_HEAP_SIZE小于外部RAM大小，这可能会很好。

Answer 2

当应用程序启动时，它将尝试通过将数据清零或初始化为非零值来初始化数据，具体取决于变量所在的部分。使用正常运行时模型，这将在调用main（）之前发生。所以你有这样的东西：

1） 重置矢量调用init代码2） C运行时初始化代码初始化变量3） C运行时初始化代码调用main（）

如果使用链接器将变量放置在外部RAM中，则需要确保在初始化之前RAM是可访问的，否则将出现硬故障。因此，您需要有一个引导加载程序来为您设置系统，然后启动您的应用程序。。。。或者更简单地说，只需编辑启动代码即可执行以下操作：

1） 重置矢量调用init代码2）>>C运行时初始化代码配置外部RAM<lt<3） C运行时初始化代码初始化的变量4） C运行时init代码调用main（）。

这样，在你尝试访问它之前，RAM是可用的。

然而，如果您只想在外部RAM中拥有FreeRTOS堆，那么您可以不影响init代码，只需使用适当的堆实现——基本上是一个不只是声明大型静态数组的堆实现。例如，如果您使用heap_5，那么您所需要做的就是确保在执行任何分配之前调用heap-init函数，因为heap-init只是描述将哪个RAM用作堆，而不是静态地声明堆。