在嵌入式中的栈溢出

单片机栈溢出指程序调用栈（存储函数调用、局部变量等）超出预设内存空间，导致数据覆盖或程序崩溃的情况。减少栈空间的使用需求，可以从堆空间分配内存函数内部不要传递大量的数据，可以使用指针减少函数的调用层次，谨慎使用递归函数对于软件检测方法来说，有一定的缺点，需要进行轮询判断是否越过界限或者发生了读写、需要牺牲一定的内存空间作为越界区域。对于硬件检测方法来说，优点是可以及时响应异常，缺点就是。

哈哈

28人浏览 · 2026-03-07 22:59:45

哈哈 · 2026-03-07 22:59:45 发布

什么是栈溢出

案例：

char test_char = 0;            //已初始化的全局变量，存储在.data段
char  i = 0;                   //已初始化的全局变量，存储在.data段
int main(void) {
        char test_data[1648];  //函数内的局部变量，存储在栈空间
        test_char = 1;
        test_data[0] = 100;
        while (1) {
                i++;
        }
}

这一段代码初看感觉没有什么大问题，但是如果考虑到堆栈情况，这段程序中变量test_char的值可能会在运行一段时间后发生改变，尽管程序中没有改变该变量的值。如果test_char变量恰好是比较主要的数据，那么对系统的破坏是很大的，甚至导致系统崩溃。

那么为什么会出现这种情况？首先要了解函数内的变量存储在哪一个地方。

由图可以知道，函数内的局部变量存储在栈空间中，对于栈空间的大小及RAM的分布情况，我们可以通过当前工程中的.map了解

Total RO  Size (Code + RO Data)                  780 (   0.76kB)  
Total RW  Size (RW Data + ZI Data)              1648 (   1.61kB)  
Total ROM Size (Code + RO Data + RW Data)        796 (   0.78kB)

如上图，可以看到当前RW就是1648个字节（RW区域存在RAM区），已经占据了整个RAM

找到.map文件查看RAM区的数据分布，如下

Execution Region RW_IRAM1 (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x0800030c, Size: 0x00000670, Max: 0x0000c000, ABSOLUTE)  
  
Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object  
  
0x20000000   0x0800030c   0x00000002   Data   RW           11    .data               main.o  
0x20000002   0x0800030e   0x00000002   PAD  
0x20000004   0x08000310   0x00000009   Data   RW          300    .data               stm32f1xx_hal.o  
0x2000000d   0x08000319   0x00000003   PAD  
0x20000010        -       0x00000060   Zero   RW         1352    .bss                c_w.l(libspace.o)  
0x20000070        -       0x00000200   Zero   RW            2    HEAP                startup_stm32f103xe.o  
0x20000270        -       0x00000400   Zero   RW            1    STACK               startup_stm32f103xe.o

可以看到，当前栈空间大小为0x400，即1024个字节，显然，在main函数内设置的大数组char test_data[1648]已经超过了这个范围，但是我们当前的编译器不会报错，所以导致系统存在隐含的问题。

所以为什么test_char这个全局变量被改变了呢

前面我们提到了全局变量存放在.data区域，根据上面的.map文件RAM区数据分布可以发现，对于目标main.o，我们定义了两个char类型的全局变量，存放在了.data区域，占用两个字节。（后面的PAD为自带的填充，目的是为了对齐四个字节）

那么RAM空间的数据如下图所示

可以看到，大数组的定义冲破了栈区践踏了变量test_char的内存空间，它们共用了一个内存空间，导致数组赋值的时候将全局变量的值也改变了。

【扩展】关于变量在内存中的存放顺序

【扩展】查看启动文件及.map文件

也可以通过双击工程文件名称打开.map文件

在这里可以查看栈大小，这里的栈顶地址即0x20003090 + 0x400 = 0x20003490

栈溢出的解决办法

1.改变变量存放空间

将变量添加static修饰，使其存储在静态变量段.data

将变量变为全局变量，使其存储在.data

2.增加栈空间的大小

修改Stack_Size的大小

栈溢出的检测手段

软件检测

软件预设区域

软件预设检测法就是在堆栈的末端规定一段内存区域，然后在程序运行前先采用特殊的数值对该部分内存区域进行填充，系统软件定时或者定期的比对这一部分规定的内存区域与所设置的特殊值是否一致，一旦检测不一致大概率说明堆栈已经使用到了末尾（这里为什么说大概率呢?因为你程序中起飞的指针也有可能篡改这一部分数据！），所以也就说明你之前分配的堆栈空间不够。

FreeRTOS中也是大概的思想来检测栈溢出

获取栈顶指针判断是否超过范围

栈顶指针的获取

/**
 * @brief  Return the Main Stack Pointer
 *
 * @return Main Stack Pointer
 *
 * Return the current value of the MSP (main stack pointer)
 * Cortex processor register
 */
__ASM uint32_t __get_MSP(void)
{
  mrs r0, msp 
  bx lr
}

根据前面.map文件查看的栈空间范围，通过判断获取栈顶指针的值是否在该范围即可