嵌入式釋放RTOS內存性能的使用技巧

經常從嵌入式開發(fā)人員那里聽到兩種拒絕使用RTOS的借口:

“RTOS內存占用太大”

“RTOS開銷太大”

這些借口在以前可能有一些價值，但今天它們沒有任何分量。典型的RTOS對CPU的負載不到4%，需要不到16 KB的閃存空間和不到4 KB的RAM。在大多數情況下，性能和內存問題與開發(fā)人員如何使用RTOS以及他們在如何正確使用和配置RTOS方面的知識差距有關。下面是開發(fā)人員可以遵循的七個技巧，以優(yōu)化他們的RTOS應用程序內存使用。

技巧1：對每項任務進行最壞情況堆棧分析

最大的內存浪費之一是為任務堆棧分配的內存。默認情況下，大多數 RTOS 將分配一千字節(jié)來保存任務堆棧，其中包含諸如局部變量、數據結構和函數調用返回地址等內容。默認大小的問題在于，不熟悉使用 RTOS 的開發(fā)人員通常不會檢查每個任務并正確調整堆棧的大小。一個只閃爍幾個 LED 并且什么都不做的任務通常會有 1 千字節(jié)的堆棧，即使 64 字節(jié)就足夠了。未能檢查每個任務并正確調整堆棧大小可能會導致使用的 RAM 遠遠超過應用程序實際所需的 RAM。

技巧2：避免過度使用堆棧

由于每個任務都有一個堆棧，因此任務堆棧成為運行應用程序所需的 RAM 的巨大貢獻者。當嵌入式開發(fā)人員設計和實現他們的任務時，他們應該盡量減少堆棧的使用。這可以通過以下方式完成：

? 避免遞歸函數

? 最大限度減少函數調用

? 避免大型本地數據結構

開發(fā)人員不僅需要編寫代碼，還需要仔細考慮每個變量、數據結構和函數調用對內存和性能的影響。避免過度使用堆棧使用將允許開發(fā)人員縮小堆棧大小并節(jié)省 RAM 使用。

技巧3：使用內存塊池

開發(fā)人員在開發(fā)基于 RTOS 的應用程序時經常會遇到的一個大問題是他們需要動態(tài)分配內存。動態(tài)內存分配的問題在于，內存通常是從一個行為類似于字節(jié)池的堆中分配的。堆和字節(jié)池有許多缺點，例如：

? 它們會破碎

? 內存分配是不確定的

另一方面，塊池來自固定塊，不僅可以確定地分配，而且不會碎片。對于需要動態(tài)分配內存的開發(fā)人員來說，塊池是比堆或字節(jié)池更好的選擇。

技巧4：最小化 RTOS 對象

RTOS 可以幫助嵌入式開發(fā)人員將他們的應用程序分解為可重用的半獨立程序，這些程序使用信號量、互斥體和消息隊列等 RTOS 對象來通信和同步任務執(zhí)行。每個RTOS對象都有一個使用少量內存的控制塊。在資源非常有限的應用程序中，或者如果開發(fā)人員過度使用這些資源，則可以使用比實際需要更多的內存。出于這個原因，開發(fā)人員應該仔細設計他們的 RTOS 應用程序，盡量減少RTOS對象的使用。

技巧5：考慮使用事件標志而不是信號量

RTOS 的功能可能因一個 RTOS 而異，但在作者使用的幾種不同的 RTOS 中，使用事件標志而不是信號量可能會導致占用空間略小。信號量不僅包含一個控制塊，還包含一些基本代碼來執(zhí)行信號量操作，比如發(fā)送和接收信號量。通常，此代碼往往比事件標志更慢并且使用更多內存。事件標志實際上只不過是一個內存位置，其中內存位置中的每一位都代表一個事件，例如按下按鈕或剛剛對溫度傳感器進行采樣。

技巧6：最小化任務優(yōu)先級

實時操作系統(tǒng)允許嵌入式開發(fā)人員設置任務可以設置的優(yōu)先級。例如，許多系統(tǒng)的默認值是 0 到 31。在某些情況下，默認值的范圍可以從 0 到 128 甚至 0 到 1024。一般來說，一般來說，任務優(yōu)先級越低，性能越好，內存使用越少。開發(fā)人員應盡量將優(yōu)先級設置保持在 0 到 31 之間，除非有充分的理由進行其他設置。

技巧7：優(yōu)化 RTOS 配置文件

RTOS 通常有一個配置文件，允許開發(fā)人員微調 RTOS 行為。配置文件允許開發(fā)人員設置功能，例如默認堆棧大小、可用的優(yōu)先級數量以及構建中將包含哪些同步對象。在許多情況下，修改配置文件可以為開發(fā)人員提供更小的 RTOS 占用空間，甚至根據可用的配置選項提高性能。確保檢查 RTOS 配置文件并了解每個可用選項。

如果使用不當，RTOS 會導致應用程序所需的內存占用膨脹到無法使用的水平。在許多情況下，高內存使用是由于開發(fā)人員使用 RTOS 的方式造成的，而不是 RTOS 本身的指示。在這篇文章中，我們研究了嵌入式開發(fā)人員可以遵循的幾個技巧，以幫助最小化他們自己的 RTOS 應用程序占用空間。