FreeRTOS解析：Mem - 内存管理

最新推荐文章于 2025-03-25 10:19:05 发布

Nrush

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分类专栏： Free RTOS 文章标签： rtos c语言 freertos

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FreeRTOS解析：Mem - 内存管理

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FreeRTOS提供了5种不同的内存管理策略以应对不同的应用场景，本章将对这5种不同的内存管理策略的实现进行分析。（本章中部分图未画画出堆上字节对齐处理细节，请自行理解）

heap_1.c

heap_1.c所实现的内存管理方法十分简单，其可以使用pvPortMalloc()函数来申请内存，一旦申请成功了，便无法被释放。其实现大致可以用一句话概括，**在堆空间剩余时，按需分割出内存，并记录已用的内存大小。**heap_1.c使用的内存管理算法虽然简单，但对于许多嵌入式应用场景是适用且有效的。

在heap_1.c中，堆被定义为一个大数组，并使用变量xNextFreeByte记录已用内存大小

    static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
    static size_t xNextFreeByte = ( size_t ) 0;

核心代码pvPortMalloc()函数实现如下

    void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize )
    {
   
    void *pvReturn = NULL;
    static uint8_t *pucAlignedHeap = NULL;
    
        /* 如果对齐字节数不为1，则对请求的字节数做调整 */
        #if( portBYTE_ALIGNMENT != 1 )
        {
   
            if( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK )
            {
   
                xWantedSize += ( portBYTE_ALIGNMENT - ( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) );
            }
        }
        #endif

        /* 挂起任务 */
        vTaskSuspendAll();
        {
   
            if( pucAlignedHeap == NULL )
            {
   
                /* 确保堆的起始地址是按字节对齐的（与操作可能会使地址值减小，因此使用&ucHeap[portBYTE_ALIGNMENT]作为起始地址） */
                pucAlignedHeap = ( uint8_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) &ucHeap[ portBYTE_ALIGNMENT ] ) & ( ~( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ) );
            }
    
            /* 检查是否有足够的空间分配 */
            if( ( ( xNextFreeByte + xWantedSize ) < configADJUSTED_HEAP_SIZE ) &&
                ( ( xNextFreeByte + xWantedSize ) > xNextFreeByte )	)/* 防止数值溢出 */
            {
   
                /* 返回首地址 */
                pvReturn = pucAlignedHeap + xNextFreeByte;
                /* 记录已分配空间大小 */
                xNextFreeByte += xWantedSize;
            }
        }
        /* 恢复任务 */
        ( void ) xTaskResumeAll();
    
        return pvReturn;
    }

需要注意的是，并未使用configTOTAL_HEAP_SIZE代表堆大小，而是用configADJUSTED_HEAP_SIZE表示堆大小，configADJUSTED_HEAP_SIZE定义如下

    #define configADJUSTED_HEAP_SIZE	( configTOTAL_HEAP_SIZE - portBYTE_ALIGNMENT )

这里简单粗暴的丢弃掉了对齐字节数个字节，以此来表示堆的起始地址对齐的操作中损失的字节数（最多不会损失掉对齐字节数个字节）。个人认为这里可以改进一下，节省使用内存，既计算出对齐字节操作具体损失的字节数计入后续运算中（其实也节省不了多少内存）。

heap_2.c

与heap_1.c不同，heap_2.c允许使用vPortFree()函数来释放申请的内存，其算法原理是将空闲堆分为若干个大小不等的内存块，并将其按大小排序，使用单向链表连接起来，申请内存时，便从这些链表中寻找最小可满足申请需求的内存块进行分配。分配过程分为两步，首先将原先的内存块的链表项从链表中删除，其次是对当前内存块进行分割，将多余申请数的那部分内存变为新的链表项重新插入到链表中。释放过程则更为简单，只需要将释放的内存块重新插入到链表中即可。

首先分析heap_2.c是如何表示一个内存块并将内存块加入链表中的。内存块的链表项定义如下

    typedef struct A_BLOCK_LINK
    {
   
    	struct A_BLOCK_LINK *pxNextFreeBlock;	/* 指向下一个未被使用的内存块 */
    	size_t xBlockSize

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