Я использую слишком много оперативной памяти. Как это можно измерить?

Я подозревал некоторое время, что я приближаюсь к концу доступной оперативной памяти. Я не думаю, что я использую слишком много стека (хотя это возможно), как лучше всего определить, сколько оперативной памяти я фактически использую?

Лучше всего использовать комбинацию ручной оценки и использования оператора sizeof. Если все ваши объявления статические, то это должно дать вам точную картину.

Если вы используете динамическое выделение, то вы можете столкнуться с проблемой, как только начнете освобождать память. Это происходит из-за фрагментации памяти в куче.

Просматривая и пытаясь разобраться, у меня возникают проблемы, когда я дохожу до перечислений и структур; сколько памяти они занимают?

Перечисление занимает столько же места, сколько и int. Так что, если у вас есть набор из 10 элементов в объявлении enum, это будет 10*sizeof(int). Кроме того, каждая переменная, которая использует перечисление, просто int.

Для структур проще всего использовать sizeof, чтобы узнать. Структуры занимают (минимальное) пространство, равное сумме ее членов. Если компилятор выполняет выравнивание структур, то оно может быть больше, однако это маловероятно в случае avr-gcc.

Когда вы поймете, как найти сгенерированный файл .elf во временном каталоге, вы можете выполнить команду ниже, чтобы выгрузить использование SRAM, где project.elf должен быть заменен сгенерированным файлом .elf. Преимущество этого вывода в возможности проверить, как используется ваш SRAM. Все ли переменные должны быть глобальными, действительно ли они все требуются?

avr-objdump -S -j .bss project.elf

project.elf:     file format elf32-avr


Disassembly of section .bss:

00800060 <__bss_start>:
        ...

00800070 <measurementReady>:
        ...

00800071 <cycles>:
        ...

00800073 <measurement>:
  800073:       00 00 00 00                                         ....

00800077 <measurementStart>:
  800077:       00 00 00 00                                         ....

0080007b <timerOverflows>:
  80007b:       00 00 00 00

Обратите внимание, что здесь не показано использование стека или динамической памяти, как отметил Игнасио Васкес-Абрамс в комментариях ниже.

Кроме того, можно проверить avr-objdump -S -j .data project.elf, но ни одна из моих программ ничего не выводит с этим, поэтому я не могу сказать наверняка, полезно ли это. Оно должно выводить «инициализированные (ненулевые) данные».

Основные проблемы, которые могут возникнуть при использовании памяти во время выполнения:

• нет доступной памяти в куче для динамического выделения памяти (malloc или new)
• не осталось места в стеке при вызове функции

Оба на самом деле одно и то же, поскольку для обоих используется SRAM AVR (2 КБ на Arduino) (в дополнение к статическим данным, размер которых никогда не меняется во время выполнения программы).

Обычно динамическое выделение памяти редко используется в микроконтроллерах, его используют только несколько библиотек (одна из них — класс String, который, как вы упомянули, вы не используете, и это хорошее замечание).

Стек и кучу можно увидеть на рисунке ниже (предоставлено Adafruit):

Следовательно, наиболее ожидаемая проблема возникает из-за переполнения стека (т. е. когда стек растет в сторону кучи и переполняется в ней, а затем — если куча вообще не использовалась — переполняется в зоне статических данных SRAM). В этот момент у вас есть высокий риск:

• повреждение данных (т.е. стек перезаписывает кучу или статические данные), что приводит к непонятному поведению
• повреждение стека (т. е. куча или статические данные перезаписывают содержимое стека), что обычно приводит к сбою

Чтобы узнать объем памяти, оставшийся между вершиной кучи и вершиной стека (на самом деле, мы могли бы назвать это дном, если бы мы представляли и кучу, и стек на одном и том же изображении, как показано ниже), вы можете использовать следующую функцию:

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

В приведенном выше коде __brkval указывает на вершину кучи, но равен 0, когда куча не используется, в этом случае мы используем &__heap_start, который указывает на __heap_start, первую переменную, которая отмечает дно кучи; &v указывает, конечно же, на вершину стека (это последняя переменная, помещенная в стек), поэтому приведенная выше формула возвращает объем памяти, доступной для роста стека (или кучи, если вы ее используете).

Вы можете использовать эту функцию в различных местах вашего кода, чтобы попытаться выяснить, где этот размер резко уменьшается.

Конечно, если вы когда-нибудь увидите, что эта функция возвращает отрицательное число, то будет слишком поздно: вы уже переполнили стек!

Существует программа под названием Arduino Builder, которая обеспечивает наглядную визуализацию объема флэш-памяти, SRAM и EEPROM, используемого вашей программой.

Arduino builder является частью решения CodeBlocks Arduino IDE. Его можно использовать как отдельную программу или через CodeBlocks Arduino IDE.

К сожалению, Arduino Builder немного устарел, но он должен работать для большинства программ и большинства Arduino, таких как Uno.