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在嵌入式裸機編程中，作為一名初級的CODER。經常要與CPU、內存等打交道。CPU作為系統的動力源，其重要程度不言而喻。但是，在裸機編程中，對內存的管理也不容忽視。如果稍微不注意，輕則，可能造成內存泄漏，重則造成內存訪問異常。導致系統死機。 嵌入式產品，對穩定性要求及其嚴格。動不動就死機，那可就麻煩大了。以下，是我本人對嵌入式系統裸機編程的內存管理的一些簡介。 1. 萬萬不可使用系統自帶的malloc和free。 malloc和free在PC編程中是很好用的一種內存分配手段。但是，其在嵌入式中，就未必好用了。由于嵌入式裸機編程中，無MMU，即內存管理單元。無法實現對內存進行動態映射（不明白什么叫動態映射的同學，可以參考網上的資料）。也就是說，實際上，malloc和free并不能實現動態的內存的管理。這需要在啟動階段專門給其分配一段空閑的內存區域作為malloc的內存區。如STM32中的啟動文件startup_stm32f10x_md.s中見以下信息： [plain] view plain copy Heap_Size EQU 0x00000800 AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 __heap_base Heap_Mem SPACE Heap_Size __heap_limit 其中，Heap_Size即定義一個宏定義。數值為0x00000800。Heap_Mem則為申請一塊連續的內存，大小為 Heap_Size。簡化為C語言版本如下： #define Heap_Size 0x00000800 unsigned char Heap_Mem[Heap_Size] = {0}; 在這里申請的這塊內存，在接下來的代碼中，被注冊進系統中給malloc和free函數所使用： __user_initial_stackheap LDR R0, = Heap_Mem ; 返回系統中堆內存起始地址 LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size) LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size); 返回系統中堆內存的結束地址 LDR R3, = Stack_Mem BX LR 就如上面分析的那樣，其實，在裸機編程的時候，對堆內存的管理。并非是智能化的，并非你想申請多少就多少。而是使用一塊固定的內存用作堆內存的分配。這在設計的時候，往往不是最佳的方案。這塊內存，如果被多次按照不同的大小進行申請，就會造成內存碎片。最終導致無法申請到足夠的內存。導致系統運行出錯。這在原本內存就已經很少的嵌入式系統中，更是不能接受的。所以，建議是把那個Heap_Size設置成 0 吧。放棄其使用吧。 而更為致命的是，有些malloc，free函數，由于工程人員的偷懶。實現甚至可能如下： unsigned char mem_buffer[512]; unsigned char *mem_offset = & mem_buffer; void *malloc(int size) { unsigned char *tmp = mem_offset; mem_offset += size; return (void *)tmp; } void free(void *mem) { mem_offset = mem; } 2. 更好的替代方案：內存池。 可能有些同學，覺得：內存池，這是什么東西？ 內存池，簡潔地來說，就是預先分配一塊固定大小的內存。以后，要申請固定大小的內存的時候，即可從該內存池中申請。用完了，自然要放回去。注意，內存池，每次申請都只能申請固定大小的內存。這樣子做，有很多好處： （1）每次動態內存申請的大小都是固定的，可以有效防止內存碎片化。（至于為什么，可以想想，每次申請的都是固定的大小，回收也是固定的大小） （2）效率高，不需要復雜的內存分配算法來實現。申請，釋放的時間復雜度，可以做到O(1)。 （3）實現簡單，易用。 （4）內存的申請，釋放都在可控的范圍之內。不會出現以后運行著，運行著，就再也申請不到內存的情況。 內存池，并非什么很厲害的技術。實現起來，其實可以做到很簡單。只需要一個鏈表即可。在初始化的時候，把全局變量申請來的內存，一個個放入該鏈表中。在申請的時候，只需要取出頭部并返回即可。在釋放的時候，只需要把該內存插入鏈表。以下是一種簡單的例子（使用移植來的linux內核鏈表，對該鏈表的移植，以后有時間再去分析）： #define MEM_BUFFER_LEN 5 //內存塊的數量 #define MEM_BUFFER_SIZE 256 //每塊內存的大小 //內存池的描述，使用聯合體，體現窮人的智慧。就如，我一同學說的：一個字節，恨不得掰成8個字節來用。 typedef union mem { struct list_head list; unsigned char buffer[MEM_BUFFER_SIZE]; }mem_t; static union mem gmem[MEM_BUFFER_LEN]; LIST_HEAD(mem_pool); //分配內存 void *mem_pop() { union mem *ret = NULL; psr_t psr; psr = ENTER_CRITICAL(); if(!list_empty(&mem_pool)) { //有可用的內存池 ret = list_first_entry(&mem_pool, union mem, list); //printf("mem_pool = 0x%p ret = 0x%p\n", &mem_pool, &ret->list); list_del(&ret->list); } EXIT_CRITICAL(psr); return ret;//->buffer; } //回收內存 void mem_push(void *mem) { union mem *tmp = NULL; psr_t psr; tmp = (void *)mem;//container_of(mem, struct mem, buffer); psr = ENTER_CRITICAL(); list_add(&tmp->list, &mem_pool); //printf("free = 0x%p\n", &tmp->list); EXIT_CRITICAL(psr); } //初始化內存池 void mem_pool_init() { int i; psr_t psr; psr = ENTER_CRITICAL(); for(i=0; i //printf("add mem 0x%p\n", &(gmem[i].list)); } EXIT_CRITICAL(psr); } 以下課程可免費試聽C語言、電子、PCB、STM32、Linux、FPGA、Python、安卓等。 想學習的你和我聯系預約就可以免費聽課了。宋工Q35--24-65--90-88 Tel/WX：173--17--95--19--08 |
