錯(cuò)誤1：競爭條件

      競爭條件是指兩個(gè)或多個(gè)執(zhí)行線程（可以是RTOS任務(wù)或main（） 和中斷處理程序）的組合結(jié)果根據(jù)交織指令的精確順序而變化的任何情況。每個(gè)都在處理器上執(zhí)行。

      最佳實(shí)踐：可以通過必須以適當(dāng)?shù)膿屜认拗菩袨閷υ�子地�?zhí)行代碼的關(guān)鍵部分，來避免競爭條件。為防止涉及ISR的爭用情況，必須在另一個(gè)代碼的關(guān)鍵部分持續(xù)時(shí)間內(nèi)至少禁止一個(gè)中斷信號(hào)。

      對于RTOS任務(wù)之間的爭用，最佳實(shí)踐是創(chuàng)建特定于該共享庫的互斥體，每個(gè)互斥體在進(jìn)入關(guān)鍵部分之前必須獲取該互斥體。請注意，依靠特定CPU的功能來確保原子性不是一個(gè)好主意，因?yàn)檫@只能防止?fàn)幱们闆r發(fā)生，直到更換編譯器或CPU。

      共享數(shù)據(jù)和搶占的隨機(jī)時(shí)間是造成競爭狀況的元兇。但是錯(cuò)誤可能并不總是會(huì)發(fā)生，這使得從觀察到的癥狀到根本原因的種族狀況跟蹤變得異常困難。因此，保持警惕以保護(hù)所有共享對象非常重要。每個(gè)共享對象都是一個(gè)等待發(fā)生的事故。

      最佳實(shí)踐：命名所有潛在共享的對象（包括全局變量，堆對象或外圍寄存器和指向該對象的指針），以使風(fēng)險(xiǎn)對于所有將來的代碼閱讀者而言都是顯而易見的；在Netrino嵌入式C編碼標(biāo)準(zhǔn)提倡使用“的G_ 為此，”前綴。查找所有可能共享的對象將是爭用條件代碼審核的第一步。

錯(cuò)誤2：不可重入功能

      從技術(shù)上講，不可重入功能的問題是爭用狀況問題的特例。而且，由于相關(guān)原因，由不可重入函數(shù)引起的運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤通常不會(huì)以可重現(xiàn)的方式發(fā)生-使它們同樣難以調(diào)試。

      不幸的是，非重入功能也比其他類型的競爭條件更難在代碼審查中發(fā)現(xiàn)。

      為了可以同時(shí)從多個(gè)RTOS任務(wù)中調(diào)用此以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序的功能，必須使它們可重入。如果它們每個(gè)僅使用堆棧變量，則無事可做。

      因此，C函數(shù)最常見的樣式固有地是可重入的。但是，除非精心設(shè)計(jì)，否則驅(qū)動(dòng)程序和某些其他功能將是不可重入的。

      使函數(shù)可重入的關(guān)鍵是暫停對外圍設(shè)備寄存器，包括靜態(tài)局部變量，持久堆對象和共享內(nèi)存區(qū)域在內(nèi)的全局變量的所有訪問的搶占。這可以通過禁用一個(gè)或多個(gè)中斷或獲取并釋放互斥鎖來完成。問題的細(xì)節(jié)決定了最佳解決方案。

      最佳實(shí)踐：在每個(gè)庫或驅(qū)動(dòng)程序模塊中創(chuàng)建和隱藏一個(gè)互斥量，這些互斥量不是本質(zhì)上可重入的。使獲取此互斥鎖成為操作整個(gè)模塊中使用的任何持久數(shù)據(jù)或共享寄存器的前提。

      例如，相同的互斥鎖可用于防止涉及以太網(wǎng)控制器寄存器和全局或靜態(tài)本地?cái)?shù)據(jù)包計(jì)數(shù)器的競爭情況。在訪問這些數(shù)據(jù)之前，模塊中訪問此數(shù)據(jù)的所有功能必須遵循協(xié)議以獲取互斥量。

      注意非重入功能可能會(huì)作為第三方中間件，舊版代碼或設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的一部分進(jìn)入您的代碼庫。

      令人不安的是，不可重入函數(shù)甚至可能是編譯器隨附的標(biāo)準(zhǔn)C或C ++庫的一部分。如果您使用GNU編譯器來構(gòu)建基于RTOS的應(yīng)用程序，請注意您應(yīng)該使用可重入的“ newlib”標(biāo)準(zhǔn)C庫，而不是默認(rèn)庫。

錯(cuò)誤3：缺少volatile關(guān)鍵字

      如果未使用C的volatile 關(guān)鍵字標(biāo)記某些類型的變量，則可能導(dǎo)致僅在將編譯器的優(yōu)化器設(shè)置為低級或禁用編譯器才能正常工作的系統(tǒng)中出現(xiàn)許多意外行為。該揮發(fā)性預(yù)選賽期間變量聲明，其中它的目的是為了防止優(yōu)化的讀取和變量的寫入使用。

      最佳實(shí)踐：將揮發(fā) 的關(guān)鍵字應(yīng)該用于聲明每個(gè)：

      由ISR和代碼的任何其他部分訪問的全局變量，由兩個(gè)或多個(gè)RTOS任務(wù)訪問的全局變量（即使已阻止了這些訪問中的競爭條件），指向內(nèi)存映射外設(shè)寄存器（或一組或一組寄存器）的指針，以及延遲循環(huán)計(jì)數(shù)器。

      請注意，除了確保所有讀寫操作都針對給定變量之外，使用volatile 還通過添加其他“序列點(diǎn)”來限制編譯器。除易失性變量的讀取或?qū)懭胫�外的其他易失性訪問必須在該訪問之前執(zhí)行。

錯(cuò)誤4：堆棧溢出

      每個(gè)程序員都知道堆棧溢出是很不好的事情。但是，每次堆棧溢出的影響都各不相同。損壞的性質(zhì)和不當(dāng)行為的時(shí)機(jī)完全取決于破壞哪些數(shù)據(jù)或指令以及如何使用它們。重要的是，從堆棧溢出到它對系統(tǒng)的負(fù)面影響之間的時(shí)間長短取決于使用阻塞位之前的時(shí)間。

      不幸的是，堆棧溢出比臺(tái)式計(jì)算機(jī)更容易遭受嵌入式系統(tǒng)的困擾。這有幾個(gè)原因，其中包括：

      （1）嵌入式系統(tǒng)通常只能占用較少的RAM；

      （2）通常沒有虛擬內(nèi)存可回退（因?yàn)闆]有磁盤）；

      （3）基于RTOS任務(wù)的固件設(shè)計(jì)利用了多個(gè)堆棧（每個(gè)任務(wù)一個(gè)），每個(gè)堆棧的大小都必須足夠大，以確保不會(huì)出現(xiàn)唯一的最壞情況的堆棧深度；

      （4）中斷處理程序可能會(huì)嘗試使用這些相同的堆棧。

      使該問題進(jìn)一步復(fù)雜化的是，沒有大量的測試可以確保特定的堆棧足夠大。您可以在各種加載條件下測試系統(tǒng)，但是只能測試很長時(shí)間。僅在“半個(gè)藍(lán)月亮”中運(yùn)行的測試可能不會(huì)見證僅在“一次藍(lán)月亮”中發(fā)生的堆棧溢出。在算法限制（例如無遞歸）下，可以通過對代碼的控制流進(jìn)行自上而下的分析來證明不會(huì)發(fā)生堆棧溢出。但是，每次更改代碼時(shí)，都需要重做自上而下的分析。

      最佳實(shí)踐：啟動(dòng)時(shí)，在整個(gè)堆棧上繪制不太可能的內(nèi)存模式。（我喜歡使用十六進(jìn)制23 3D 3D 23，它看起來像ASCII內(nèi)存轉(zhuǎn)儲(chǔ)中的籬笆' ＃==＃ '。）在運(yùn)行時(shí)，讓管理員任務(wù)定期檢查是否沒有任何涂料在預(yù)先設(shè)定的高水位上方標(biāo)記已更改。

      如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)堆棧有問題，請?jiān)诜且资�性�?nèi)存中記錄特定的錯(cuò)誤（例如哪個(gè)堆棧以及洪水的高度），并為產(chǎn)品的用戶做一些安全的事情（例如，受控關(guān)閉或重置）可能會(huì)發(fā)生真正的溢出。這是添加到看門狗任務(wù)中的一項(xiàng)不錯(cuò)的附加安全功能。

錯(cuò)誤5：堆碎片化

      嵌入式開發(fā)工程師并沒有很好地利用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。其中之一是堆碎片的問題。

      通過C的malloc（） 標(biāo)準(zhǔn)庫例程或C ++的new 關(guān)鍵字創(chuàng)建的所有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都駐留在堆中。堆是RAM中具有預(yù)定最大大小的特定區(qū)域。最初，堆中的每個(gè)分配都會(huì)減少相同字節(jié)數(shù)的剩余“可用”空間。

      例如，特定系統(tǒng)中的堆可能從地址0x20200000開始跨越10 KB。一對4 KB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分配將留下2 KB的可用空間。

      可以通過調(diào)用free（） 或使用delete 關(guān)鍵字將不再需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)返回到堆中。從理論上講，這使該存儲(chǔ)空間可用于后續(xù)分配期間的重用。但是分配和刪除的順序通常至少是偽隨機(jī)的，這導(dǎo)致堆變成一堆更小的碎片。

      若要查看碎片可能是一個(gè)問題，請考慮如果上述4 KB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的第一個(gè)空閑時(shí)會(huì)發(fā)生什么情況。現(xiàn)在，堆由一個(gè)4 KB的空閑塊和另一個(gè)2 KB的空閑塊組成。它們不相鄰，無法合并。所以我們的堆已經(jīng)被分割了。盡管總可用空間為6 KB，但超過4 KB的分配將失敗。

      碎片類似于熵：兩者都隨時(shí)間增加。在長時(shí)間運(yùn)行的系統(tǒng)（換句話說，曾經(jīng)創(chuàng)建的大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)）中，碎片最終可能會(huì)導(dǎo)致某些分配請求失敗。然后呢？您的固件應(yīng)如何處理堆分配請求失敗的情況？

      最佳實(shí)踐：避免完全使用堆是防止此錯(cuò)誤的肯定方法。但是，如果動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配在您的系統(tǒng)中是必需的或方便的，則可以使用另一種結(jié)構(gòu)化堆的方法來防止碎片。

      許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)都具有固定大小的內(nèi)存池API。如果您可以訪問其中之一，請使用它代替malloc（） 和free（） 。或編寫自己的固定大小的內(nèi)存池API。您只需要三個(gè)函數(shù)：一個(gè)用于創(chuàng)建新的池（大小為M 塊N 字節(jié)）；另一個(gè)分配一個(gè)塊（來自指定的池）；三分之一代替free（） 。

代碼審查仍然是最佳實(shí)踐，

      可以通過首先確保系統(tǒng)中不存在這些錯(cuò)誤來避免許多調(diào)試麻煩。最好的方法是讓公司內(nèi)部或外部的人員進(jìn)行全面的代碼審查。強(qiáng)制使用我在這里描述的最佳實(shí)踐的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則編碼也應(yīng)該會(huì)有所幫助。如果您懷疑現(xiàn)有代碼中存在這些討厭的錯(cuò)誤之一，那么執(zhí)行代碼審查可能比嘗試從觀察到的故障追溯到根本原因要快。

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