《嵌入式软件的时间分析》从书中到实践-使用Tracealyzer进行RTOS堆分析

qinyunti

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书中分享了很多理论，方法和案例，

基于本书，本人在此基础上再分享一些更贴近实战的案例分享。

本人公众号嵌入式Lee（嵌入式软硬件技术:RTOS,GUI,FS,协议栈,ARM,总线,嵌入式C,开发环境 and blablaba....多年经验分享,非硬货不发,带你扒开每一个技术背后的根本原理。）

一. 前言

前面分享了使用Tracealyzer进行RTOS任务栈分析，这一篇继续分享另外一个很重要的实践案例即堆的使用分析。

二. 事件

启动时xTraceKernelPortEnable创建事件记录PSF_EVENT_HEAP_CREATE

if (pxKernelPortData->xSystemHeapHandle == 0)
  {
    xTraceHeapCreate("System Heap", 0, 0, configTOTAL_HEAP_SIZE, &pxKernelPortData->xSystemHeapHandle);
  }

FreeRTOSConfig.h需要配置堆大小我这里使用了编译器符号，&_heap_size，按照实际设置即可。

#define configTOTAL_HEAP_SIZE                   &_heap_size

xTraceHeapCreate实现如下，会发送事件PSF_EVENT_HEAP_CREATE

traceResult xTraceHeapCreate(const char *szName, TraceUnsignedBaseType_t uxCurrent, TraceUnsignedBaseType_t uxHighWaterMark, TraceUnsignedBaseType_t uxMax, TraceHeapHandle_t *pxHeapHandle)
{
  TraceUnsignedBaseType_t uxStates[3];

  uxStates[TRC_HEAP_STATE_INDEX_CURRENT] = uxCurrent;
  uxStates[TRC_HEAP_STATE_INDEX_HIGHWATERMARK] = uxHighWaterMark;
  uxStates[TRC_HEAP_STATE_INDEX_MAX] = uxMax;

  return xTraceObjectRegisterInternal(PSF_EVENT_HEAP_CREATE, 0, szName, 3, uxStates, TRC_ENTRY_OPTION_HEAP, (TraceObjectHandle_t*)pxHeapHandle);
}

事件记录如下，即一个指针加3个WORD的uxStates信息

if (xTraceEventBegin(uiEventCode, sizeof(void*) + uxStateCount * sizeof(TraceUnsignedBaseType_t), &xEventHandle) == TRC_SUCCESS)
    {
        xTraceEventAddPointer(xEventHandle, pvObject);
        for (i = 0; i < uxStateCount; i++)
        {
            xTraceEventAddUnsignedBaseType(xEventHandle, uxStates[i]);
        }
        xTraceEventEnd(xEventHandle);
    }

宏TRC_CFG_INCLUDE_MEMMANG_EVENTS要配置为1

TRC_CFG_SCHEDULING_ONLY配置为0

在pvPortMalloc和pvPortFree接口中，对应的事件记录处理

trcKernelPort.h中

#undef traceMALLOC
#define traceMALLOC( pvAddress, uiSize ) \
    if (xTraceIsRecorderEnabled()) \
    { \
        xTraceHeapAlloc(xTraceKernelPortGetSystemHeapHandle(), pvAddress, uiSize); \
    }

#undef traceFREE
#define traceFREE( pvAddress, uiSize ) \
    if (xTraceIsRecorderEnabled()) \
    { \
        xTraceHeapFree(xTraceKernelPortGetSystemHeapHandle(), pvAddress, uiSize); \
    }

#endif

最终调用xTraceHeapAlloc和xTraceHeapFree实现

存储的事件为

PSF_EVENT_MALLOC 或PSF_EVENT_MALLOC_FAILED，参数是一个地址一个大小

 if (xTraceEventBegin(pvAddress != 0 ? PSF_EVENT_MALLOC : PSF_EVENT_MALLOC_FAILED, sizeof(void*) + sizeof(TraceUnsignedBaseType_t), &xEventHandle) == TRC_SUCCESS)
    {
        xTraceEventAddPointer(xEventHandle, pvAddress);
        xTraceEventAddUnsignedBaseType(xEventHandle, uxSize);
        xTraceEventEnd(xEventHandle);
    }

PSF_EVENT_FREE 或PSF_EVENT_FREE_FAILED，参数是一个地址一个大小

 if (xTraceEventBegin(pvAddress != 0 ? PSF_EVENT_FREE : PSF_EVENT_FREE_FAILED, sizeof(void*) + sizeof(TraceUnsignedBaseType_t), &xEventHandle) == TRC_SUCCESS)
    {
        xTraceEventAddPointer(xEventHandle, pvAddress);
        xTraceEventAddUnsignedBaseType(xEventHandle, uxSize);
        xTraceEventEnd(xEventHandle);
    }

事件信息存储在

全局变量pxKernelPortData->xSystemHeapHandle中

对应的初始化

traceResult xTraceHeapCreate(const char *szName, TraceUnsignedBaseType_t uxCurrent, TraceUnsignedBaseType_t uxHighWaterMark, TraceUnsignedBaseType_t uxMax, TraceHeapHandle_t *pxHeapHandle)
{
    TraceUnsignedBaseType_t uxStates[3];

    uxStates[TRC_HEAP_STATE_INDEX_CURRENT] = uxCurrent;
    uxStates[TRC_HEAP_STATE_INDEX_HIGHWATERMARK] = uxHighWaterMark;
    uxStates[TRC_HEAP_STATE_INDEX_MAX] = uxMax;

    return xTraceObjectRegisterInternal(PSF_EVENT_HEAP_CREATE, 0, szName, 3, uxStates, TRC_ENTRY_OPTION_HEAP, (TraceObjectHandle_t*)pxHeapHandle);
}

xTraceHeapCreate调用xTraceObjectRegisterInternal，从&pxEntryTable->axEntries[xIndex]中创建分配空间出来

 *pxObjectHandle = (TraceObjectHandle_t)xEntryHandle;

所以pxKernelPortData->xSystemHeapHandle即指向上述pxEntryTable->axEntries分配出来的xEntryHandle，

指向的内容是

如下3个索引的WORD,即当前值，heap的最大值，heap的最大使用值。

#define TRC_HEAP_STATE_INDEX_CURRENT        0
#define TRC_HEAP_STATE_INDEX_HIGHWATERMARK  1
#define TRC_HEAP_STATE_INDEX_MAX            2

以下就是获取出CURRENT值

 if (pvAddress != 0)
  {
    /* This should never fail */
    TRC_ASSERT_ALWAYS_EVALUATE(xTraceEntryGetState(xHeapHandle, TRC_HEAP_STATE_INDEX_CURRENT, &uxCurrent) == TRC_SUCCESS);

    /* This should never fail */
    TRC_ASSERT_ALWAYS_EVALUATE(xTraceEntryGetState(xHeapHandle, TRC_HEAP_STATE_INDEX_HIGHWATERMARK, &uxHighWaterMark) == TRC_SUCCESS);

    uxCurrent += uxSize;

    if (uxCurrent > uxHighWaterMark)
    {
      uxHighWaterMark = uxCurrent;
      /* This should never fail */
      TRC_ASSERT_ALWAYS_EVALUATE(xTraceEntrySetState(xHeapHandle, TRC_HEAP_STATE_INDEX_HIGHWATERMARK, uxHighWaterMark) == TRC_SUCCESS);
    }

    /* This should never fail */
    TRC_ASSERT_ALWAYS_EVALUATE(xTraceEntrySetState(xHeapHandle, TRC_HEAP_STATE_INDEX_CURRENT, uxCurrent) == TRC_SUCCESS);
  }

抓包事件如下，2个参数

#define PSF_EVENT_MALLOC                                    0x38
#define PSF_EVENT_FREE                                      0x39
#define PSF_EVENT_MALLOC_FAILED                             0xE9
#define PSF_EVENT_FREE_FAILED                               0xEA

那么找如下字段即可

0x38 0x20

0x39 0x20

0xE9 0x20

0xEA 0x20

必然要如下38 20表示MALLOC事件，0x009C是事件计数，

0x00007EAC是时间戳，0x081096E0是堆地址，0x00000070是申请的大小112字节。

三. 实测

菜单栏views->Memory Heap Utilization打开窗口

显示堆的申请和释放过程，实际就是一个计数器，申请就递增，释放就减少，如果这个数一

直递增说明申请的多释放的少，最终导致堆不够。

Event log视图也可以看到事件

Trace视图也可以看到事件

Trace视图双击malloc或者free，弹出窗口，显示malloc和free的历史，可以看到谁申请了什么时候释放了，这样可以追踪申请和释放是否正常

四. 总结

以上分享使用Tracealyzer进行堆分析的案例，实际就是一个计数器事件，malloc则计数值增加free则递减，可以看到什么时候malloc什么时候free，如果有未free则可以通过图表结合前后事件分析出来。

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一. 前言

二. 事件

三. 实测

四. 总结

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