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FreeRTOS動態記憶體分配管理heap_1範例

2022-04-06 22:00:22

動態記憶體管理

FreeRTOS提供5種動態記憶體管理策略,分別為heap_1到heap_5,原始碼在FreeRTOS/Source/portable/MemMang下,本質是對一個或者多個大陣列進行操作來對系統提供記憶體的申請、釋放(有的策略沒有)功能。下面先看看heap_1是怎麼做的。

heap_1.c 記憶體堆管理

大陣列在哪裡

/* Allocate the memory for the heap. */
#if( configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP == 1 )
//這種情況是可以把待管理的陣列分配在外部SRAM、SDRAM中
	extern uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
#else
//這種情況是把待管理的陣列分配在內部RAM,由編譯器決定地址
	static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
#endif /* configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP */

可以看到這個區域性靜態全域性大陣列名字是ucHeap,大小是configTOTAL_HEAP_SIZE,這個宏在FreeRTOSConfig.h中定義

實際可用陣列位元組數

//因為需要位元組對齊,所以實際能使用的記憶體位元組數要減去portBYTE_ALIGNMENT
/* A few bytes might be lost to byte aligning the heap start address. */
#define configADJUSTED_HEAP_SIZE	( configTOTAL_HEAP_SIZE - portBYTE_ALIGNMENT )

portBYTE_ALIGNMENT 在portmacro.h中定義

#define portBYTE_ALIGNMENT8

已分配位元組數

//已經分配了的位元組數,也就是下一個空閒記憶體相對於首址(pucAlignedHeap)的偏移量
static size_t xNextFreeByte = ( size_t ) 0;

分配

void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize )
{
void *pvReturn = NULL;//待返回給使用者分配地址
static uint8_t *pucAlignedHeap = NULL;//實際管理的陣列首地址
	/* Ensure that blocks are always aligned to the required number of bytes. */
    //如果不是1位元組對齊則先需要portBYTE_ALIGNMENT位元組對齊
	#if( portBYTE_ALIGNMENT != 1 )
	{
		if( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK )
		{			/* Byte alignment required. */
		//如果使用者申請位元組數不是portBYTE_ALIGNMENT_MASK位元組對齊的,先要調整到portBYTE_ALIGNMENT_MASK位元組對齊
		//比如申請13位元組,要求portBYTE_ALIGNMENT = 8,
		//則xWantedSize = 13+(8-(13&7))=13+(8-5)=16,
		//最終申請16位元組
			xWantedSize += ( portBYTE_ALIGNMENT - ( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) );
		}
	}
	#endif
//掛起排程器,防止函數重入
	vTaskSuspendAll();
	{
		if( pucAlignedHeap == NULL )
		//說明是第一次呼叫此函數需要對對記憶體堆初始化確保記憶體堆首址也是8位元組對齊
		{
			/* Ensure the heap starts on a correctly aligned boundary. */
		    //假設&ucHeap是0x20000C64,
		    //則&ucHeap[ portBYTE_ALIGNMENT ]是 0x20000C64+7=0x20000C6B
		    //pucAlignedHeap = 0x20000C6B & (~0x00000007) = 0x20000C68
		    //pucAlignedHeap才是實際操作的堆首址
			pucAlignedHeap = ( uint8_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) &ucHeap[ portBYTE_ALIGNMENT ] ) & ( ~( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ) );
		}
		/* Check there is enough room left for the allocation. */
		//已經分配的位元組數xNextFreeByte + 將要分配的位元組數xWantedSize
		//要小於總共有的位元組數configADJUSTED_HEAP_SIZE
		if( ( ( xNextFreeByte + xWantedSize ) < configADJUSTED_HEAP_SIZE ) &&
		//此條件是防止溢位,因為記憶體是地址是單調增長
			( ( xNextFreeByte + xWantedSize ) > xNextFreeByte )	)/* Check for overflow. */
		{
			/* Return the next free byte then increment the index past this
			block. */
			//返回地址給使用者
			pvReturn = pucAlignedHeap + xNextFreeByte;
			//更新已經分配了的記憶體位元組數
			xNextFreeByte += xWantedSize;
		}
		traceMALLOC( pvReturn, xWantedSize );
	}
	( void ) xTaskResumeAll();
//解掛排程器
//如果使能的記憶體申請失敗的勾點函數當申請失敗時會執行申請失敗勾點函數
	#if( configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK == 1 )
	{
		if( pvReturn == NULL )
		{
			extern void vApplicationMallocFailedHook( void );
			vApplicationMallocFailedHook();
		}
	}
	#endif
	return pvReturn;
}

其中portBYTE_ALIGNMENT_MASK是根據portBYTE_ALIGNMENT定義,在portable.h中

#if portBYTE_ALIGNMENT == 8
	#define portBYTE_ALIGNMENT_MASK ( 0x0007 )
#endif

釋放

可以看到heap_1是沒有提供釋放,是無法釋放的

void vPortFree( void *pv )
{
	/* Memory cannot be freed using this scheme.  See heap_2.c, heap_3.c and
	heap_4.c for alternative implementations, and the memory management pages of
	http://www.FreeRTOS.org for more information. */
	( void ) pv;
	/* Force an assert as it is invalid to call this function. */
	configASSERT( pv == NULL );
}

還剩空閒位元組數

size_t xPortGetFreeHeapSize( void )
{
	return ( configADJUSTED_HEAP_SIZE - xNextFreeByte );
}

適用範圍、特點

適用於只需分配,不需釋放場合,執行時間確定,不會產生碎片,但是記憶體利用率不高

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