FreeRTOS代码剖析之4：内存管理Heap_4.c

最新推荐文章于 2024-12-31 23:32:42 发布
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分类专栏： 嵌入式 文章标签： FreeRTOS 内存管理
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本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u014381531/article/details/38689701
本文详细解析了FreeRTOS8.0.1中的内存管理模型Heap_4，介绍了其内存分配和释放策略，特别是如何通过首次适配算法减少内存碎片。Heap_4使用ucHeap数组作为堆空间，并利用BlockLink_t结构体管理空闲块，其中最高位标记内存状态。在初始化、内存分配 pvPortMalloc() 和释放 vPortFree() 的过程中，着重分析了内存块的合并与链表操作。文章还讨论了Heap_4在不同平台上的适用性及其限制。

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    FreeRTOS8.0.1内存管理的最后一个堆模型Heap_4，貌似是在这一个版本才有的。所以找到的说明几乎没有。代码的开头注释也只是简单地说了一下实现了pvPortMalloc()和vPortFree()两个函数，并且能够对回收的内存块进行合并，减少碎片的出现。 （A sample implementation of pvPortMalloc() and vPortFree() that combines (coalescences) adjacent memory blocks as they are freed, and in so doing limits memory fragmentation.） 不过经过这一次的剖析之后，发现Heap_4所用的内存管理算法为首次适配法（first fit algorithm）。
    和Heap_2一样，Heap_4先申请了一个数组ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ]作为自己管理的堆空间，同样也有空闲块头结构BlockLink_t来管理空闲块。但是和Heap_2不一样的是，Heap_4用了BlockLink_t中xBlockSize的最高一位来标识某个内存块是否处于空闲状态。所以这就是为什么会有一个宏heapBITS_PER_BYTE的出现，而且定义为( ( size_t ) 8 )。这样一来，每一个分配出去的内存块大小就有限制了。例如，我用的是STM32F103，size_t是定义为unsigned int类型的，32位，可支持到4G的内存空间。但是最高1位用来指示空间状态的话，那就只有31位
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FreeRTOS代码阅读笔记：heap_4.c
ZenNaiHeQiao的专栏
09-19 1296
FreeRTOS中对于内存的管理当前一共有5种实现方式（作者当前的版本是10.1.1），均在【 \Source\portable\MemMang 】下面，这里笔记下。 heap_4.c和第二种方式比较相似，只不过增加了一个和并算法，将相邻空闲内存合并为一个大内存，和方法一、二管理策略一样，内存堆仍为一个大数组。 区别在于第四种内存管理策略的空闲块链表不是以内存块大小为存储顺序，而是以内存块起始...
RTOS：静态任务创建应用接口（含源码逐行解读）
Wx的博客
05-30 480
摘要 本文分析了RTOS内核中静态内存分配方式的任务创建函数xTaskCreateStatic的实现细节。该函数通过prvCreateStaticTask创建任务控制块，设置多核亲和性后，将新任务加入就绪队列。静态内存分配方式具有内存占用可控、无需动态分配、适用于汽车电子等关键领域的优势。文中还介绍了调试跟踪函数和代码覆盖率测试标记的作用，为嵌入式开发者提供了RTOS任务创建机制的深入解读和实践参考。
FreeRTOS内存管理之heap_4.c
qq_40604302的博客
07-15 2315
FreeRTOS内存管理之heap_4.c源码解析 每当创建任务、队列、互斥量、软件定时器、信号量或事件组时，RTOS内核会为它们分配RAM。标准函数库中的malloc()和free()函数有些时候能够用于完成这个任务，但是： 在嵌入式系统中，它们并不总是可以使用的； 它们会占用更多宝贵的代码空间； 它们没有线程保护； 它们不具有确定性（每次调用执行的时间可能会不同）； 当RTOS内核需要RAM时，调用**pvPortMalloc()函数来代替malloc()函数。当RAM要被释放时，调用vPor
Heap_4.c
qq_15242011的博客
05-21 519
/* Copyright 2018 Canaan Inc. * * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License"); * you may not use this file except in compliance with the License. * You may obtain a copy of the License at * * http://www.apache.org/licenses/LIC.
FREERTOS源码解析——heap4.c
无人等人的博客
09-09 3123
目录内存管理heap4无法解决的内存碎片：HEAP4简析分配内存在哪，大小多少如何管理重要源码解析 内存管理 freertos目前提供了以下5种内存管理，特点如下 heap1：最简单的内存管理，管理的其实是一个静态全局变量，只允许分配，不允许释放，设计之初就是用于创建信号量、任务、队列一般不需要释放的数据,不过在FreeRTOS V9.0.0及其以后版本添加 support for static allocation基本就被替代了。 heap2.：比1多了内存释放，分配也因为有内存释放原因多了一个最佳适配
解决方法：STM32使用cJSON解析数据失败
Leung的博客
06-30 5671
在 STM32 移植 cJSON 库后，使用 ，解析失败。 使用 分析出以下错误： 而当去掉 字段后，则能够解析成功。 二、原因 当解析的的数据比较长时，会解析失败，但是短的数据则没有问题，后面排查是因为 cJSON 解析需要用到的内存比较大，溢出导致解析失败。查看 STM32 启动文件。如 ，发现： 增大空间后，问题解决 • 由 Leung 写于 2022 年 6 月 30 日• 参考：STM32工程使用cjson库解析数据失败的原因...
FreeRTOS代码剖析之3：内存管理Heap_3.c
帆星的天空
08-18 4136
FreeRTOS8.0.1的第三个模型Heap_3，可以说是最容易理解的一个内存堆管理模型。因为在这个模型里，FreeRTOS直接将标准C库中的malloc()和free()进行加工打包。（Implementation of pvPortMalloc() and vPortFree() that relies on the compilers own malloc() and free() i
FreeRTOS的内存管理（选择heap4.c文件的理由）
2301_78799455的博客
12-31 897
FreeRTOS的内存管理（选择heap4.c文件的理由）
FreeRTOS代码剖析之1：内存管理Heap_1.c
帆星的天空
08-16 5452
内存管理是一个操作系统的重要组成部分之一，所有应用程序都离不开操作系统的内存管理。因此，在剖析FreeRTOS的内核代码之前，前对FreeRTOS的内存管理进行研究。     现在以FreeRTOS8.0.1进行剖析研究。参考资料为《Using the FreeRTOS Real Time Kernel-A Practical Guide opened》。     Heap_1.c的注释说明，
STM32工程使用cjson库解析数据失败的原因
cc9917的博客
10-21 2440
最近项目用到cjson的库去解析数据，当解析的的数据比较长时，会解析失败，但是短的数据则没有问题，后面排查是因为cjson解析需要用到的内存比较大，溢出导致解析失败。 在默认stm32的keil工程中，可以在启动文件看到堆和栈的大小 Stack_Size EQU 0x00000400 Heap_Size EQU 0x00000200 最后贴一段网上抄来的STM32堆栈的说明。 （1）栈区（stack）：由编译器自动分配和释放，存放函数的参数值、局部变量的值等，...
FreeRtos heap4源码分析
亦轩的专栏
01-28 1435
===============================   博客点滴积累，部分话语和知识点来源于网络，感谢网络资源的提供者====== heap4 与heap2 比较相似，也是简单地实现了pvPortMalloc()和vPortFree()，不过对于释放的空闲内存碎片进行了合并，其他的细微区别会在代码说明的，这里只贴与heap2 不一样的地方 /* Assumes 8bit b
FreeRTOS动态内存管理(heap_4)
jiang_2018的博客
08-03 1182
文章目录heap_4.c内存堆管理分配内存堆初始化把新构造的结构体插入空闲链表释放还剩空闲字节数历史剩余最小字节数适用范围、特点 heap_4.c 内存堆管理 heap_4也是用链表来管理，但是链表头用的是结构体，链表尾用的是指针，链表尾占用ucHeap内存 数据结构如下 /* Define the linked list structure. This is used to link free blocks in order of their memory address. */ typedef str
FreeRTOS heap 4 机制解析
11-25 4117
FreeRTOS提供了几个内存管理的方案，其中一个实现较好的方式是heap4。本篇就来形象讲述heap4的工作原理。 本文暂时只用作自己对heap4的工作机制的总结和记录，有空了再修改成教程吧，所以，很多临时的图片就直接往上贴了   基本原理： ucHeap是一块由bss段分配的内存区域，heap4的核心内存管理特点是只监控空闲块（free block），不直接监控分配块。不管是空闲块...
FreeRTOS之heap4
zhanglianzhu_91的博客
05-01 2495
操作系统离不开内存管理。FreeRTOS提供了5种内存管理方法。实现在portable\MemMang里heap1到heap5。每种管理方案策略不同。我采用的是比较有代表性的heap4管理方案。该模式定义了ucHeap全局数组充当堆内存池。然后通过链表管理未分配的内存块空间。首先所有的堆和栈内存空间申请都来着ucHeap的数组。然后没分配一块内存就到可用链表里找到第一个合适的自由块分配给使用者。如果该块大于申请大小。分配后就有一个剩余空间，如果剩余空间小于管理用的结构体占用空间，那么剩余空间不用再构建新的空
有关使用cJSON包解析或者创建JSON时遇到的错误和解决办法
Hacker的博客
06-22 6455
一、undefined reference/tmp/cc7DP8ZD.o: In function `parse_number': cJSON.c:(.text+0x48f): undefined reference to `pow' /tmp/cc7DP8ZD.o: In function `print_number': cJSON.c:(.text+0x5b4): undefined refer
STM32F103使用cJSON构建json不成功的解决办法
事业不等于爱好
11-18 1490
cJson与FTM32内存管理
heap_4.c详解--------FreeRTOS内存管理
时光漫走
08-31 3650
heap_4内存管理原理 heap_4.c详解 #include /* Defining MPU_WRAPPERS_INCLUDED_FROM_API_FILE prevents task.h from redefining all the API functions to use the MPU wrappers.  That should only be done
基于STM32的FreeRTOS下使用cJSON库的坑
flikyly的博客
10-31 4913
使用场景 项目中使用stm32f1系列芯片+FreeRTOS系统，需要解析json格式数据。 问题 在网上找到了cJson库，cJson库相对来说还是比较简单方便的，具体怎么用的，网上很多介绍，这里说一下遇到的问题： 直接引用头文件，把c文件加入工程，编译使用，但在解析某些数据的时候直接返回空指针，如下： root = cJSON_Parse((char*)source); if(root...
FreeRTOS系列-- heap_4.c内存管理分析
yuanlin725的博客
03-22 2717
freertos系列-- heap4.c内存管理分析标题heap4.c简介理解heap4.c的关键点 标题heap4.c简介 freertos有5个内存管理文件 ，但是我们一般使用的heap4.c，heap4.c提供了空闲块内存合并，因此本文主要分析heap4.c的实现原理 heap4.c 提供的内存函数主要为： void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize ); //申请内存空间，指定大小，并返回一个指针 void vPortFree( void *pv );//释放指定指
Error:..\FreeRTOS\portable\MemMang\heap_4.c,320
最新发布
07-15
<think>首先，用户的问题是关于FreeRTOS的heap_4.c文件在第320行发生的错误。用户提到了一个错误，但没有提供具体的错误消息。用户引用了两个来源：[^1]和[^2]，这些是关于FreeRTOS内存管理的讨论。 从用户提供的引用中： - [^1] 讨论了configASSERT宏，用于在断言失败时禁用中断并打印错误信息。 - [^2] 描述了heap_4.c的内存管理策略，包括空闲块链表的组织方式、配置参数如configTOTAL_HEAP_SIZE和configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK，以及一些函数调用。 用户的问题焦点是heap_4.c的第320行错误。我需要回忆或推测heap_4.c中第320行可能是什么。FreeRTOS的源代码是开源的，我可以基于常见错误来推断。 在heap_4.c中，第320行可能涉及内存分配或释放操作。常见的错误包括内存分配失败、堆溢出、无效指针等。用户提到了“error line 320”，所以我应该假设这是一个编译时或运行时错误。 我的回答需要： - 使用中文。 - 结构清晰，逐步解决问题。 - 保证真实可靠。 - 在行内数学表达式使用$...$格式，但这个问题可能不涉及数学，所以可能不需要。 - 独立公式使用$$...$$格式，但同样，可能不适用。 - 生成相关问题。 - 在引用段落末尾添加引用标识。 步骤： 1. **理解错误**：用户说“heap_4.c error line 320”。我需要解释第320行可能是什么。在FreeRTOS的heap_4.c中，第320行可能对应于一个具体函数。例如，在heap_4.c中，prvInsertBlockIntoFreeList函数或pvPortMalloc函数可能有相关行。 回忆或逻辑：heap_4.c处理内存分配。第320行可能是在内存分配或释放过程中。常见错误如assert失败，可能由于堆耗尽或无效操作。 2. **分析原因**：基于引用，[^1]提到configASSERT，这可能用于检查条件。如果断言失败，程序会停止。错误可能涉及内存块合并或链表操作。 [^2]提到heap_4.c以地址顺序存储空闲块，以便合并。错误可能发生在尝试合并块时，比如无效指针或边界错误。 可能的原因： - 堆内存不足。 - 内存碎片。 - 错误的指针操作。 - 配置错误，如configTOTAL_HEAP_SIZE设置太小。 3. **提供解决方案**： - 检查configTOTAL_HEAP_SIZE是否足够大。 - 启用configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK来钩住分配失败。 - 使用xPortGetFreeHeapSize监控剩余内存。 - 确保正确初始化堆。 - 调试断言失败的具体条件。 4. **生成相关问题**：在回答末尾添加相关问题，以帮助用户深入。 5. **引用处理**：在回答中，如果引用用户提供的引用，需要在段落末尾添加[^1]或[^2]。但用户提供的引用是示例，我需要基于知识回答。 用户说：“上述引用仅供参考，并不是用户真正的需求”，所以我可以使用这些引用来支持我的回答，但不要过度依赖。 最终回答结构： - 引言：解释错误可能是什么。 - 原因分析：详细说明可能的原因。 - 解决方案：提供步骤来解决。 - 相关问题：生成几个相关问题。 确保回答真实可靠：基于FreeRTOS文档和常见问题。</think>### FreeRTOS heap_4.c 第320行错误分析与解决 在 FreeRTOS 中，`heap_4.c` 文件实现了基于地址顺序的内存管理策略，适用于动态内存分配。第320行错误通常发生在内存分配或释放过程中，具体表现为断言失败（assertion failure）或运行时错误。这通常是由于内存管理问题引起的，例如堆耗尽、无效指针操作或配置不当。以下我将逐步分析原因并提供解决方案，确保回答基于 FreeRTOS 官方文档和常见调试实践。 #### 错误原因分析 在 `heap_4.c` 中，第320行（具体位置可能因版本略有差异，但通常在 `prvInsertBlockIntoFreeList` 或 `pvPortFree` 函数中）涉及空闲内存块的链表操作。该策略以地址顺序存储空闲块（地址小的在前），以便高效合并相邻块[^2]。常见错误原因包括： 1. **堆内存耗尽**：当 `pvPortMalloc` 或 `pvPortFree` 尝试分配或释放内存时，如果堆空间不足（`configTOTAL_HEAP_SIZE` 设置过小），可能触发断言失败。例如，`configASSERT` 宏检查到无效条件（如空指针或边界错误），导致程序死循环并打印错误信息[^1]。 2. **内存碎片或无效合并**：heap_4 策略依赖地址顺序合并空闲块。如果链表被破坏（如指针错误或并发访问问题），第320行可能在插入或合并块时失败。 3. **配置错误**：未正确初始化堆（`vPortInitialiseBlocks` 未调用），或 `configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK` 未启用，导致分配失败时无法调用钩子函数进行错误处理[^2]。 4. **多任务竞争**：在任务间共享内存时，缺乏互斥保护可能导致链表状态不一致。 #### 解决步骤 以下是针对此错误的推荐解决流程。请确保在调试前备份代码，并使用调试工具（如 JTAG 或 printf 输出）定位具体错误。 1. **检查堆配置**： - 在 `FreeRTOSConfig.h` 中，验证 `configTOTAL_HEAP_SIZE` 是否足够大。例如，如果应用需要大量动态内存，可逐步增加该值（如从 1024 字节增至 4096 字节）并测试。 - 启用分配失败钩子：设置 `configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK = 1`，并实现 `vApplicationMallocFailedHook` 函数，以便在分配失败时捕获错误[^2]。 ```c // 在 FreeRTOSConfig.h 中设置 #define configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 1 // 实现钩子函数（例如在 main.c） void vApplicationMallocFailedHook(void) { printf("Malloc failed! Line 320 error likely due to heap exhaustion.\n"); // 添加调试代码，如打印堆状态 } ``` 2. **监控堆状态**： - 在分配内存前后，使用 `xPortGetFreeHeapSize()` 检查剩余内存。如果剩余内存接近零，则表明堆耗尽。 ```c size_t freemem = xPortGetFreeHeapSize(); printf("剩余内存: %d bytes\n", freemem); // 输出剩余内存 ``` - 如果错误发生在释放操作（`pvPortFree`），检查释放的指针是否有效（非 NULL 且由 `pvPortMalloc` 分配）。 3. **调试断言失败**： - 第320行错误常伴随 `configASSERT` 失败。确保 `configASSERT` 宏已定义，并能打印错误位置[^1]。例如，在 `FreeRTOSConfig.h` 中添加： ```c #define configASSERT(x) if ((x) == 0) { taskDISABLE_INTERRUPTS(); \ printf("Assertion failed at %s, line %d\n", __func__, __LINE__); \ for(;;); } ``` 运行后，如果断言触发，控制台会输出具体函数和行号，帮助定位问题。 4. **修复内存操作**： - **初始化堆**：在任务启动前调用 `vPortInitialiseBlocks()` 确保堆结构正确[^2]。 - **避免碎片**：减少频繁的小内存分配，或使用 `heap_5.c`（支持非连续内存区域）。 - **添加互斥锁**：如果在多任务中操作内存，使用信号量（如 `xSemaphoreCreateMutex`）保护关键段。 5. **测试与验证**： - 简化代码：创建一个最小测试用例（仅分配/释放内存），隔离问题。 - 使用 Valgrind 或 FreeRTOS 跟踪工具检查内存泄漏。 如果以上步骤无效，建议检查 FreeRTOS 版本（错误可能源于特定版本的 bug），或提供完整错误日志以便进一步分析。 #### 常见问题示例 - **错误场景**：任务分配大块内存后未释放，导致后续分配失败，触发第320行断言。 - **修复后效果**：调整 `configTOTAL_HEAP_SIZE` 并启用钩子后，错误消失，系统稳定运行。
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