ESP32IRAM内存优化策略与实践总结

此博客用来解决 ESP32 iram0_0_seg&＃39; overflowed 问题&＃xff0c;如下&＃xff1a;

/.espressif/tools/xtensa-esp32-elf/esp-2020r3-8.4.0/xtensa-esp32-elf/bin/../lib/gcc/xtensa-esp32-elf/8.4.0/../../../../xtensa-esp32-elf/bin/ld: region &＃96;iram0_0_seg&＃39; overflowed by 2280 bytes


此时有以下三种方便的方法来优化 IRAM 内存&＃xff1a;

• 启用 menuconfig -> Compiler option -> Optimization Level -> Optimize for size (-Os) 选项
• 禁用 mencuofnig -> Component config -> LWIP -> Enable LWIP IRAM optimization 选项
• 禁用 menuconfig -> Component config -> Wi-Fi -> WiFi IRAM speed optimization 与 menuconfig -> Component config -> Wi-Fi -> WiFi RX IRAM speed optimization 选项

以下我们结合 ESP-IDF 里的 Wi-Fi station 示例 来查看 IRAM 优化的效果。

注&＃xff1a; 详细信息请参考 Minimizing RAM Usage。

1 IRAM 内存优化方法的具体描述

首先直接使用默认的 menuconfig 配置来查看 IRAM 使用&＃xff0c;在 Wi-Fi station 示例 终端下输入 idf.py size-components&＃xff0c;可以看到以下结果&＃xff1a;

Total sizes:DRAM .data size: 13012 bytesDRAM .bss size: 17872 bytes
Used static DRAM: 30884 bytes ( 149852 available, 17.1% used)
Used static IRAM: 87397 bytes ( 43675 available, 66.7% used)Flash code: 459267 bytesFlash rodata: 93000 bytes
Total image size:~ 652676 bytes (.bin may be padded larger)


此时使用的 IRAM 空间为 87397 bytes。现在我们一步步使用 IRAM 优化方法进行优化。

1.1 启用 menuconfig -> Compiler option -> Optimization Level -> Optimize for size (-Os) 选项

在 menuconfig 里启用 Optimize for size 选项&＃xff0c;如下&＃xff1a;

配置 menuconfig 后在终端下输入 idf.py size-components&＃xff0c;可以发现&＃xff1a;

Total sizes:DRAM .data size: 12848 bytesDRAM .bss size: 17856 bytes
Used static DRAM: 30704 bytes ( 150032 available, 17.0% used)
Used static IRAM: 82571 bytes ( 48501 available, 63.0% used)Flash code: 425987 bytesFlash rodata: 87952 bytes
Total image size:~ 609358 bytes (.bin may be padded larger)


此时使用的 IRAM 空间由 87397 bytes 降低到了 82571 bytes。

1.2 禁用 mencuofnig -> Component config -> LWIP -> Enable LWIP IRAM optimization 选项

在 menuconfig 里禁用 Enable LWIP IRAM optimization 选项&＃xff0c;如下&＃xff1a;

此时可以发现 Wi-Fi station 示例默认禁用了此选项。为了测试此选项对 IRAM 的影响&＃xff0c;我们现在将此选项启用&＃xff0c;如下&＃xff1a;

配置 menuconfig 后在终端下输入 idf.py size-components&＃xff0c;可以发现&＃xff1a;

Total sizes:DRAM .data size: 12848 bytesDRAM .bss size: 17856 bytes
Used static DRAM: 30704 bytes ( 150032 available, 17.0% used)
Used static IRAM: 93115 bytes ( 37957 available, 71.0% used)Flash code: 416311 bytesFlash rodata: 87992 bytes
Total image size:~ 610266 bytes (.bin may be padded larger)


此时使用的 IRAM 空间由 87397 bytes 增加到了 93115 bytes。由于这次尝试是启用了 Enable LWIP IRAM optimization 选项。这说明禁用此选项确实可以节约 6 KB 左右的 IRAM。

1.3 禁用 menuconfig -> Component config -> Wi-Fi -> WiFi IRAM speed optimization 与 menuconfig -> Component config -> Wi-Fi -> WiFi RX IRAM speed optimization 选项

在 menuconfig 里禁用 WiFi IRAM speed optimization 与 WiFi RX IRAM speed optimization 选项&＃xff0c;如下&＃xff1a;

配置 menuconfig 后在终端下输入 idf.py size-components&＃xff0c;可以发现&＃xff1a;

Total sizes:DRAM .data size: 12848 bytesDRAM .bss size: 17856 bytes
Used static DRAM: 30704 bytes ( 150032 available, 17.0% used)
Used static IRAM: 51463 bytes ( 79609 available, 39.3% used)Flash code: 455419 bytesFlash rodata: 87856 bytes
Total image size:~ 607586 bytes (.bin may be padded larger)


此时使用的 IRAM 空间由 87397 bytes 降低到了 51463 bytes。此方法足足节约了 30 KB 的 IRAM。

注&＃xff1a;以上配置会牺牲 Wi-Fi 的部分性能&＃xff0c;但绝大部分情况下 Wi-Fi 仍可以正常使用。

2 IRAM 进一步优化的方法

如果在进行上述 IRAM 优化后仍然出现 IRAM 不足的情况&＃xff0c;此时就需要手动将一些放在 IRAM 里的函数取出。已牺牲部分性能的方式换取程序运行&＃xff0c;首先我们依然可以在终端下输入 idf.py size-components&＃xff0c;如下&＃xff1a;

Total sizes:DRAM .data size: 12848 bytesDRAM .bss size: 17856 bytes
Used static DRAM: 30704 bytes ( 150032 available, 17.0% used)
Used static IRAM: 51463 bytes ( 79609 available, 39.3% used)Flash code: 455419 bytesFlash rodata: 87856 bytes
Total image size:~ 607586 bytes (.bin may be padded larger)
Per-archive contributions to ELF file:Archive File DRAM .data & .bss & other IRAM D/IRAM Flash code & rodata Totallibnet80211.a 1062 6184 0 47 0 110032 21649 138974liblwip.a 21 3832 0 0 0 66991 15228 86072libpp.a 1262 3785 0 1399 0 53749 4485 64680libc.a 4 0 0 0 0 55319 4187 59510libmbedcrypto.a 64 29 0 30 0 40929 4256 45308libphy.a 1423 702 0 7786 0 32114 0 42025libwpa_supplicant.a 12 844 0 0 0 36696 3464 41016libfreertos.a 4140 792 0 13192 0 0 1898 20022libnvs_flash.a 0 24 0 0 0 11405 3275 14704libesp_wifi.a 584 80 0 421 0 5978 4662 11725libsoc.a 263 4 0 6691 0 1691 1790 10439libspi_flash.a 908 294 0 5908 0 1336 1516 9962libesp_common.a 153 155 0 267 0 2000 6309 8884libesp32.a 24 75 0 3104 0 2683 2623 8509libgcc.a 8 12 0 193 0 5555 872 6640libesp_netif.a 12 25 0 0 0 4350 2242 6629libvfs.a 308 48 0 0 0 4637 727 5720libesp_system.a 1706 29 0 2528 0 261 222 4746libheap.a 316 8 0 2775 0 881 759 4739libdriver.a 80 63 0 160 0 3010 1246 4559libesp_event.a 0 4 0 0 0 3019 1139 4162libstdc&＃43;&＃43;.a 8 20 0 0 0 2529 1044 3601libesp_timer.a 16 20 0 1131 0 892 857 2916libnewlib.a 190 272 0 957 0 769 106 2294libmain.a 0 8 0 0 0 1026 1125 2159libefuse.a 36 4 0 0 0 834 701 1575libbootloader_support.a 0 0 0 882 0 536 36 1454libpthread.a 16 12 0 223 0 653 540 1444liblog.a 8 272 0 258 0 657 183 1378libesp_ringbuf.a 0 0 0 701 0 0 170 871libcore.a 0 29 0 0 0 609 228 866libapp_update.a 1 12 0 154 0 158 493 818libesp_ipc.a 0 56 0 171 0 357 130 714libxtensa.a 0 0 0 421 0 0 58 479libhal.a 0 0 0 443 0 0 32 475librtc.a 0 0 0 460 0 0 0 460libtcpip_adapter.a 0 17 0 0 0 211 0 228libcoexist.a 144 0 0 0 0 0 0 144(exe) 0 0 0 3 0 3 12 18libcxx.a 0 0 0 0 0 11 0 11libesp_eth.a 0 0 0 0 0 0 0 0libmbedtls.a 0 0 0 0 0 0 0 0libmbedx509.a 0 0 0 0 0 0 0 0libmesh.a 0 0 0 0 0 0 0 0libsoc_esp32.a 0 0 0 0 0 0 0 0


上述可以看到每个库的 IRAM 占用。将部分库里对性能要求相对不太高的 API 注释掉 IRAM_ATTR 标记来将这些 API 从 IRAM 中取出。这部分需要耐心&＃xff0c;一步步进行测试 Debug 直到能顺利编译的同时也不会影响程序的正常工作。