STM32 GCC 使用 USB 库出现”undefined reference to _sbrk”问题解决

问题原因

​出现该问题的主要原因在于 USB 库中使用了 malloc() 和 free() 函数。在“usbd_conf.h”文件中有类似如下内容：

/* Memory management macros */   
#define USBD_malloc malloc
#define USBD_free free

这两个函数需要使用“target specific functions” ，另外，如 printf()、scanf() 等函数都要用到“target specific functions”。

问题解决

当遇到类似问题，你可以：

• Provide real implementations for the functions. See the syscalls.c files.
• Use a different library.

如果使用了实时操作系统，那么还可以将malloc和free等替换成实时系统提供的函数(等同于“Use a different library”)。

我使用了FreeRTOS，该 RTOS 提供了 pvPortMalloc() 和 vPortFree() 用于替代 malloc() 和 free() 。但是，在 USB 驱动程序中无法直接使用这两个内存管理函数，因为它们内部调用了 vTaskSuspendAll() 和 xTaskResumeAll() 来挂起和恢复任务，而任务挂起和恢复函数在中断中是无法使用的。USB 驱动程序恰恰是在中断中调用的 USBD_malloc() 和 USBD_free()。因此，需要使用中断服务版本的内存管理程序或者使用内存池才真正可行。中断服务版本的内存分配/释放算法需要被 portDISABLE_INTERRUPTS()/portENABLE_INTERRUPTS() 对包围起来。具体可以参考http://www.freertos.org/FreeRTOS_Support_Forum_Archive/April_2014/freertos_about_malloc_buffer_in_interrupt_ISR_ffdab88aj.html中的讨论。

注：非常建议使用实时系统提供的内存管理函数，因为使用标准的 malloc() 与 free() 库函数，必须承担以下若干问题：
- 这两个函数在小型嵌入式系统中可能不可用。
- 这两个函数的具体实现可能会相对较大，会占用较多宝贵的代码空间。
- 这两个函数通常不具备线程安全特性。
- 这两个函数具有不确定性。每次调用时的时间开销都可能不同。
- 这两个函数会产生内存碎片。
- 这两个函数会使得链接器配置得复杂。

SysCalls.cpp参考文件

Add this file to your project (e.g. syscalls.cpp) and paste the following code into it:

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <stm32f10x_usart.h>

extern "C" 
{
    int _fstat (int fd, struct stat *pStat)
    {
        pStat->st_mode = S_IFCHR;
        return 0;
    }

    int _close(int)
    {
        return -1;
    }

    int _write (int fd, char *pBuffer, int size)
    {
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            while (!(USART1->SR & USART_SR_TXE))
            {
            }
            USART_SendData(USART1, pBuffer[i]);
        }
        return size;
    }

    int _isatty (int fd)
    {
        return 1;
    }

    int _lseek(int, int, int)
    {
        return -1;
    }

    int _read (int fd, char *pBuffer, int size)
    {
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            while ((USART1->SR & USART_SR_RXNE) == 0)
            {
            }

            pBuffer[i] = USART_ReceiveData(USART1);
        }
        return size;
    }

    caddr_t _sbrk(int increment)
    {
        extern char end asm("end");
        register char *pStack asm("sp");

        static char *s_pHeapEnd;

        if (!s_pHeapEnd)
            s_pHeapEnd = &end;

        if (s_pHeapEnd + increment > pStack)
            return (caddr_t)-1;

        char *pOldHeapEnd = s_pHeapEnd;
        s_pHeapEnd += increment;
        return (caddr_t)pOldHeapEnd;
    }
}