FreeRTOS踩坑小记——vTaskList函数的使用

前言

在 FreeRTOS 中，vTaskList() 是一个用于调试的实用函数，用于输出系统中所有任务的详细状态信息。我在使用中遇到了坑，今天分享出来，希望大家不会踩到。

vTaskList函数的简要介绍

1. 函数原型与作用

void vTaskList( char *pcWriteBuffer );

• 作用：将系统中所有任务的状态、堆栈使用情况等信息格式化为字符串，存储到 pcWriteBuffer 中。
• 依赖配置：需在 FreeRTOSConfig.h 中定义：

  #define configUSE_TRACE_FACILITY    1  // 启用追踪功能
  #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1  // 启用状态格式化
  

2. 输出信息格式

vTaskList() 会生成一个表格，包含以下字段：

Name          State   Priority  Stack    Num
<任务名称>     <状态>    <优先级>   <剩余栈>  <编号>

• 字段说明：
  • Name：任务名称（创建时通过 pcName 参数指定）。
  • State：任务状态缩写：
    • R = 运行态（Running）
    • B = 阻塞态（Blocked）
    • D = 删除态（Deleted，等待清理）
    • S = 挂起态（Suspended）
    • R = 就绪态（Ready）
  • Priority：任务当前优先级。
  • Stack：任务堆栈的剩余空间（字节），反映堆栈使用情况。
  • Num：任务编号（唯一标识符，由内核分配）。

踩坑概述

我在FreeRTOS中创建了2个任务，写队列的任务，比读任务的优先级高。我在写任务的执行函数中调用了 vTaskList()，结果导致HardFault。
下面是代码：
这个任务函数做的是在队列里写数据，但两个写队列的任务都会调用它。

static void vSenderTask(void *pvParameters)  // 发送任务
{BaseType_t xStatus = pdFAIL;const TickType_t xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS(100UL);char InfoBuffer[100];				//保存信息的数组 vTaskList(InfoBuffer);							            //获取所有任务的信息printf("%s\r\n",InfoBuffer);					//通过串口打印所有任务的信息printf("B 阻塞态\tR 就绪态\tS 挂起态\tD 删除态\tR 也是运行态\r\n");for(;;){if(NULL != xQueue){xStatus = xQueueSendToBack(xQueue, pvParameters, xTicksToWait);}else{printf("NULL == xQueue.\r\n");}if(xStatus != pdPASS){printf("Can not send to the queue.\r\n");}}
}

队列的创建和任务的创建过程如下：

typedef enum
{eMotorSpeed,eSpeedSetPoint
}ID_t;typedef struct Data_Queue
{ID_t ID;uint32_t DataValue;
}Data_t;static const Data_t DataArray[] = 
{{eMotorSpeed, 100},         /*CAN 任务发送的数据*/{eSpeedSetPoint, 200},      /*HMI任务发送的数据*/
};static QueueHandle_t xQueue = NULL;/*队列句柄*/xQueue = xQueueCreate(5, sizeof(Data_t)); xTaskCreate(vSenderTask, "CAN Task Sender", 100, (void *)&(DataArray[0]), 2, CAN_Sender_Handler);              
xTaskCreate(vReceiverTask, "Receiver", 100, NULL, 1, Receive_Handler);

看到这里的童鞋不知道有没有看出来问题？

问题及解决

问题1：在任务的执行函数中定义了大数组导致栈溢出

在 C 语言中，函数内定义的局部变量（包括数组）存储在栈上。在 FreeRTOS 中，每个任务有独立的栈空间，创建任务时通过 xTaskCreate() 的 usStackDepth 参数指定：

很明显，栈空间一共才100字节，怎么可以在里面开辟100字节的空间呢？在任务函数中定义大数组，会直接消耗栈空间，可能导致以下问题：

1. 栈溢出风险

   • 后果：栈溢出会覆盖相邻内存（如任务控制块 TCB），导致 HardFault、任务崩溃或系统不稳定。
   • 调试提示：若任务频繁崩溃或进入 HardFault，可能是栈溢出。

2. 内存碎片化
   每个任务的栈空间在创建时固定分配。若任务栈过大：

   • 系统总内存消耗增加，可能导致后续任务创建失败。
   • 内存碎片化加剧，影响动态内存分配效率。

解决问题

1. 方法一：动态内存分配
   使用 pvPortMalloc() 在堆上分配内存：

    char * InfoBuffer= (char *)pvPortMalloc(1000 * sizeof(char));if (InfoBuffer != NULL) {vTaskList(InfoBuffer);							            //获取所有任务的信息printf("%s\r\n",InfoBuffer);					//通过串口打印所有任务的信息printf("B 阻塞态\tR 就绪态\tS 挂起态\tD 删除态\tR 也是运行态\r\n");vPortFree(InfoBuffer);  // 使用后释放}

2. 方法二：增加任务栈深度
   计算数组和局部变量总大小，适当增加 usStackDepth：

// 为任务分配更大的栈空间
xTaskCreate(vSenderTask, "CAN Task Sender", 1000, (void *)&(DataArray[0]), 2, CAN_Sender_Handler);

3. 方法三：使用静态全局数组
   将数组定义为 static 或全局变量，存储在数据段而非栈上：

static char InfoBuffer[1000];  // 全局静态数组，不占用栈空间
static void vSenderTask(void *pvParameters)  // 发送任务
{vTaskList(InfoBuffer);							            //获取所有任务的信息printf("%s\r\n",InfoBuffer);					//通过串口打印所有任务的信息printf("B 阻塞态\tR 就绪态\tS 挂起态\tD 删除态\tR 也是运行态\r\n");
//其他代码
}

4. 检测栈溢出

在 FreeRTOSConfig.h 中定义宏：

#define configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW			1                      //大于0时启用堆栈溢出检测功能，如果使用此功能                                                                        

实现钩子函数：

void vApplicationStackOverflowHook(TaskHandle_t xTask, char *pcTaskName) {printf("Stack overflow detected in task: %s\n", pcTaskName);// 处理溢出（如重启系统）
}

问题2：分配给vTaskList函数的参数buffer太小

解决问题

需要至少分配512字节的空间，如果任务很多的话，需要更多空间。

char InfoBuffer[1000];				//保存信息的数组       

调用 vTaskList() 导致硬 fault其他错误可能的原因

若调用 vTaskList() 导致硬 fault（HardFault），通常是以下原因：

1. 缓冲区溢出：增大 buffer 大小。
2. 栈空间不足：增加调用该函数的任务的栈大小。
3. 未启用追踪功能：检查 FreeRTOSConfig.h 配置。
4. 中断中调用：确保只在任务上下文中调用。

总结

vTaskList() 是 FreeRTOS 中强大的调试工具，通过输出任务状态和资源使用情况，帮助开发者快速定位系统问题。但需注意需要给调用的任务足够的栈空间，尤其是任务很多的话，需要分配更多字节。另外还需要给vTaskList() 函数准备足够的InfoBuffer。
此外，调用 vTaskList() 时会暂停所有任务，可能影响系统实时性，仅用于调试。