這是我第一次使用FreeRTOS構建STM32的項目，踩了好些坑，又發現了我缺乏對於操作系統的內存及其空間的分配的知識，故寫下文檔記錄學習成果。
文章最后要解決的問題是，如何恰當地分配FreeRTOS中的堆、任務棧的空間。但是在概念的理解上，也需要知道STM32內存的相關知識。所以首先大致介紹一下STM32的內存結構。
STM32內存結構
STM32的數據在物理上分別儲存在RAM和Flash中。RAM可讀可寫，掉電清零。Flash可讀不可寫，但能掉電儲存，並且一般空間比RAM大很多。
在關於如何使用RAM和Flash的問題上，STM32的內存又有了６個儲存數據段和３種儲存屬性區的概念。
６個儲存數據段
data
數據段，儲存已初始化的，且初始化不為0的全局變量和靜態變量。
bss
Block Started by Symbol。儲存未初始化的，或初始化為0的全局變量和靜態變量。
text
代碼段，儲存程序代碼。
constdata
儲存只讀常量。
heap
堆，存放進程運行中被動態分配的內存段。其可用大小定義在啟動文件startup_stm32fxx.s中，由程序員使用malloc()和free()函數進行分配和釋放。
stack
棧，其大小定義在啟動文件startup_stm32fxx.s中，由系統自動分配和釋放。可存放局部變量、函數的參數和返回值，中斷發生時能保存現場。但是static聲明的局部靜態變量不儲存在棧中，而是放在data數據段。
3種儲存屬性區
RO(Read Only)
燒寫到Flash中，可以長久保存。text代碼段和constdata都屬於RO。由於需要掉電儲存，RO里也保存了一份data的數據。
RW(Read Write)
儲存在RAM中。data屬於此區。上電時單片機會將Flash中保存的data類型數據復制到RAM中，以供讀寫使用。
ZI(Zero Init)
零初始化區，同樣儲存在RAM里。系統上電時會把此區域的數據進行0初始化。bss，heap，stack均屬於這個區域。
小結
STM32的RAM上有RW和ZI兩個屬性區，里邊包含了data，bss，堆（heap），棧（stack）這幾個數據段。這里是程序運行的所在。
Flash中有RO區，包含了text、constdata和data三個段，這里則是程序本體所在。
FreeRTOS中的堆
FreeRTOS中的堆也屬於ZI區，但是它與STM32內存結構中的堆並不占用相同的空間，兩個堆同時存在。以下出現的堆(heap)表示FreeRTOS堆，另外在STM32啟動文件中定義大小的堆稱為系統堆。
FreeRTOS內核主要使用的內存管理函數為：
void *pvPortMalloc( size_t xSize ); //申請內存
void vPortFree( void *pv ); //釋放內存
以上函數控制的是FreeRTOS堆；系統堆則應使用malloc()和free()來分配和釋放。
FreeRTOS有5種heap的實現方式，在STM32CubeMX中默認為heap_4.c。這種方式可以滿足大部分使用需求，暫時不用關注其實現細節。
這一個堆的大小定義在FreeRTOSConfig.c中：
#define configTOTAL_HEAP_SIZE ((size_t)3072)
FreeRTOS創建任務時默認的任務棧大小為128字，在32位系統中即為128*4=512Byte，再加上TCB塊占用84Byte，一共596Byte。而大小為3072Byte的堆允許創建3個這樣的任務，占用約1800Byte。堆中剩余的部分則存放了系統內核、信號量、隊列、任務通知等數據。
需要創建更多任務時，堆的大小可自行修改。用RAM的空間減去已分配的空間，即為能給堆分配的最大空間：
FreeRTOS堆和任務空間分配技巧
FreeRTOS堆和任務棧在運行中具有很強的動態性，其大小很難估計。
我們在實際使用中，可以先把空間調整得大一些。程序正常運行后，再通過一些API查看堆棧剩余的空間大小，估算程序運行中需求內存空間的最大值。最后將這個最大值乘一個安全系數，得到最終應該分配的空間大小。安全系數推薦1.3到1.5。
查看堆(heap)剩余空間的API有：
size_t xPortGetFreeHeapSize( void ); //獲取當前未分配的內存堆大小
size_t xPortGetMinimumEverFreeHeapSize( void ); //獲取未分配的內存堆歷史最小值
它們返回值的單位都是字節。
需要注意的是，xPortGetFreeHeapSize() 在使用heap_3.c時不能被調用；xPortGetMinimumEverFreeHeapSize()則只能在使用heap_4.c或heap_5.c時生效。
FreeRTOS中也有查看任務棧剩余空間的API：
UBaseType_t uxTaskGetStackHighWaterMark( TaskHandle_t xTask );
這個函數可以獲取一個任務從創建好到調用此函數時，任務棧空間的歷史最小剩余值(HighWaterMark)。使用這個函數時需注意，它的返回值的單位是字（STM32里1個字長為4個字節）。
這個API默認是關閉狀態，需要手動在Cubemx（或配置文件中）將宏INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark置為1。
我在使用過這些API后發現，他們本身也會占用相當的內存空間，尤其是uxTaskGetStackHighWaterMark()，會拖慢任務運行速度。所以在程序的正式版中，應該將他們刪除。