【经验】使用8位MCU EFM8系列时如何避免堆栈溢出引起的程序错误?

2019-10-15 原创
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SILICON LABS 创新型8位MCU EFM8系列提供完全集成的体验,非常适合物联网应用,提供了业界最快的速度和最低的功耗,使用增强型8051内核,集成UART、SPI、SMBUS、ADC等丰富外设。

 

当前单片机早已发展到了32位的时代,但是更先进更快的单片机出现并没有完全取代8位单片机,因为在很多的应用场合并不需要更快的速度、更大的存储空间,这个时候8位单片机就会在性价比上有很大的优势,但是8位机的资源往往很有限,RAM非常小,以Silicon Labs的EFM8BB2系列为例,采用了增强型的51内核,其标准的8051 RAM只有256Byte,这256个Byte有一部分还要留给堆栈空间使用。

 

我们在使用EFM8开发的时候,随着代码量的逐渐增加,有时候会突然发现程序不能正常运行了,给人的感觉往往是刚刚还正常,怎么突然debug就出问题了。表现形式包括但不限于

 

1、 循环进入后无法跳出,循环变量在几个值之间一直循环。

2、 总是出现看门狗复位。

3、 有些代码位置附近出现Flash Error Reset。

4、 有些变量的值明明没有操作却改变了。

5、 程序跑飞了。

 

当出现这些问题的时候,往往是由于堆栈溢出导致的。当我们把大量的全局变量、局部变量放入到RAM中的时候,堆栈能够使用的空间就会一点点被压缩,直至产生溢出,导致各种意想不到的错误。

 

为了避免堆栈溢出,可以将全局变量、局部变量放到XRAM中,以EFM8BB2系列为例,XRAM的空间为2048个Byte。如果工程的Memory model设置为Small,变量定义如不加特别修饰,会默认放在DATA空间中

unsigned char a;    //变量a放到DATA空间中,即放到了RAM中

那如果我们这种情况下想把a变量放入到XRAM中,则要进行如下定义

unsigned char xdata a;  //变量a放到XDATA中,即放到了XRAM中

 

如果工程的Memory model设置为Large模式,则变量定义如不加任何修饰,会默认放在XDATA空间

unsigned char a;  //变量a放到XDATA中,即放到了XRAM中

这种情况下如果想把a放入到DATA空间中,则要进行如下定义

unsigned char data a;  //变量a放到DATA中,即放到了RAM中

 

Memory model的设置位置如下图所示。


 

将变量放在DATA和XDATA中,会在程序运行速度上有所区别。变量放到XDATA中会使编译出来的程序略大于放到DATA中,在程序的执行速度上会稍慢于放到DATA中。变量具体放到什么位置需要根据具体的项目做综合的权衡。

 

在程序编写时,还要尽量减少函数的嵌套,因为函数嵌套会增大堆栈空间的开销。

 

笔者通过一个小程序对比了将变量放入到DATA与XDATA中程序执行时间的差别,供读者参考。程序主要是对数组Uart_Data[90]进行初始化赋值,并通过串口发送出去。在代码执行开始和结束的地方对P0.0口进行了电平翻转,以便通过逻辑分析仪抓取获得程序执行时间。

 

代码如下:

 

变量放在DATA中的程序运行时间如下: 


变量放在XDATA中的程序运行时间如下: 


从图中我们可以看到执行时间分别为7.676ms和8.394ms。


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