はじめに

Raspberry Pi Pico + FreeRTOS SMP で stdio を usb にすると std::cout でたまにハングする。
どこかの設定で回避できるのかも知れないが、見つけられなかった。
正しい処置が不明だが、調べた事と考えた対策を記述する。

発生事象

開発環境
- Raspberry Pi Pico C/C++ SDK 1.5.1
- FreeRTOS branch main #982
- Windows11 + VSCode

task 1本でもハングする

task を 1本だけ起こしてそこから出力しただけでもハングする
std::cout << std::endl 2行は発生頻度を上げるため

std::cout << std::endl を増やしたり、delay を小さくすると更に頻度アップ

void test_func(void*)
{
	int n = 0 ;
	while(true)	{
		vTaskDelay( pdMS_TO_TICKS(50) ) ;
		std::cout << n++ << std::endl ;
		std::cout << std::endl ;
		std::cout << std::endl ;
	}
}

int main(void)
{
	stdio_init_all() ;
	xTaskCreate(test_func, "test_func", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, NULL) ;
    vTaskStartScheduler();
}

pico_enable_stdio_usb (${project_name} 1)
pico_enable_stdio_uart(${project_name} 0)

確認内容

stack size
stack は確認できた時点で 108 x 4 byte 残っており、stack 不足では無さそう。
stack size を増やしても効果なし

IDLE1           R       0       232     4
IDLE0           R       0       226     3
test_func       B       1       108     2
Tmr Svc         R       31      972     5

configUSE_PREEMPTION
変更しても変化なし
configRUN_MULTIPLE_PRIORITIES
頻度は下がるがハングする
core を 0 に固定
vTaskCoreAffinitySet() で core を 0 に固定すると 発生しない!!
core を 1 に固定
vTaskCoreAffinitySet() で core を 1 に固定すると頻度爆上がり

と言うことで、std::cout 実行時に core 1 が割り当てられると不都合があるようだ。

対策

std::cout の実行時は core 0 に固定する
std::cout 呼び出し時に一々 vTaskCoreAffinitySet() するのは面倒なので、自分の stream を定義する
ここで core 0 に固定してから std::cout に渡し、終わったら元に戻す

このコードでハングしなくなった

class CNkStringBuf : public std::stringbuf
{
	virtual int sync() override
	{
		UBaseType_t  pre = vTaskCoreAffinityGet(NULL) ;
		vTaskCoreAffinitySet(NULL, 1) ;

		std::cout << str() << std::flush ;
		str("");

		vTaskCoreAffinitySet(NULL, pre) ;
		return 0;
	}
};

namespace nk
{
	CNkStringBuf cout_buf ;
	std::ostream cout(&cout_buf) ;	
}

void test_func(void*)
{
	int n = 0 ;
	while(true)	{
		vTaskDelay( pdMS_TO_TICKS(50) ) ;
		nk::cout << n++ << std::endl ;
		nk::cout << std::endl ;
		nk::cout << std::endl ;
	}
}

まとめ

std::cout を core 0 で実行するとハングしない
本来の対策 ( 設定? ) は未だ不明
対策として、自前の stream で core 0 に固定してから std::cout を呼ぶ

おまけ

Core の lock guard を作ってみた

class CCoreLock
{
protected:
	UBaseType_t  pre ;
public:
	CCoreLock() = delete ;
	CCoreLock(uint core_id)
	{
#if configNUMBER_OF_CORES>1 && configUSE_CORE_AFFINITY==1
		pre = vTaskCoreAffinityGet(NULL) ;
		vTaskCoreAffinitySet(NULL, 1<<core_id) ;
#endif
	}

	~CCoreLock()
	{
#if configNUMBER_OF_CORES>1 && configUSE_CORE_AFFINITY==1
		vTaskCoreAffinitySet(NULL, pre) ;
#endif
	}
} ;

class CNkStringBuf : public std::stringbuf
{
	virtual int sync() override
	{
		CCoreLock core(0) ;
		std::cout << str() << std::flush ;
		str("");
		return 0;
	}
};