【FreeRTOS】FreeRTOS内存管理的五种方式

内存管理

1. FreeRTOS为什么要实现自己的内存管理

内存的动态管理是C语言程序的知识范围，并不属于FreeRTOS的知识范畴，但是它跟FreeRTOS关系是如此紧密。

在C语言的库函数中，有mallc、free等函数，但是在FreeRTOS中，它们不适用：

• 不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中
• 这些函数的实现过于复杂、占据的代码空间太大
• 并非线程安全的(thread-safe)
• 运行有不确定性：每次调用这些函数时花费的时间可能都不相同
• 内存碎片化
• 使用不同的编译器时，需要进行复杂的配置
• 有时候难以调试

注意：“堆栈”混着说，但是并不是同一个东西

• 堆，heap，就是一块空闲的内存，需要提供管理函数。
  • malloc：从堆里划出一块空间给程序使用。
  • free：用完后，再把它标记为“空闲”的，可以再次使用。
• 栈，stack，函数调用时局部变量保存在栈中，当前程序的环境也是保存在栈中
  • 可以从堆中分配一块空间用作栈

2. FreeRTOS的5种内存管理方法

FreeRTOS中内存管理的接口函数为：pvPortMalloc、vPortFree，对应于C库的malloc、free。

文件在 FreeRTOS/Source/portable/MemMang 下，它也是放在 portable 目录下，表示你可以提供自己的函数。

源码中默认提供了5个文件，对应内存管理的5种方法。

文件	优点	缺点
heap_1.c	分配简单，时间确定	只分配、不回收
heap_2.c	动态分配、最佳匹配	碎片、时间不定
heap_3.c	调用标准库函数	速度慢、时间不定
heap_4.c	相邻空闲内存可合并	可解决碎片问题、时间不定
heap_5.c	在heap_4基础上支持分隔的内存块	可解决碎片问题、时间不定

2.1 heap_1.c

它只实现了pvPortMalloc，没有实现vPortFree。

如果你的程序不需要删除内核对象，那么可以使用heap_1：

• 实现最简单
• 没有碎片问题
• 一些要求非常严格的系统里，不允许使用动态内存，就可以使用heap_1

它的实现原理很简单，首先定义一个大数组：

/* Allocate the memory for the heap. */
##if ( configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP == 1 )
/* The application writer has already defined the array used for the RTOS
* heap - probably so it can be placed in a special segment or address. */
extern uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
##else
static uint8_t ucH