【学习FreeRTOS】第20章——FreeRTOS内存管理

最新推荐文章于 2025-11-22 01:45:37 发布

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#学习 #笔记 #单片机 #嵌入式硬件 #stm32 #算法

本文介绍了FreeRTOS中的五种内存管理算法，包括heap_1至heap_5，比较了它们的优缺点和适用场景。重点讲解了heap_4（首次适应算法）和heap_5（管理非连续内存）的特点。此外，还涵盖了内存申请与释放的相关API函数以及内存管理实验的设计。

1.FreeRTOS内存管理简介

在使用 FreeRTOS 创建任务、队列、信号量等对象的时，一般都提供了两种方法：

动态方法创建：自动地从FreeRTOS管理的内存堆中申请创建对象所需的内存，并且在对象删除后，可将这块内存释放回FreeRTOS管理的内存堆
静态方法创建：需用户提供各种内存空间，并且使用静态方式占用的内存空间一般固定下来了，即使任务、队列等被删除后，这些被占用的内存空间一般没有其他用途
总结：动态方式管理内存相比与静态方式，更加灵活。

除了FreeRTOS提供的动态内存管理方法，标准的C库也提供了函数malloc()和函数free()来实现动态地申请和释放内存。为什么不用标准的C库自带的内存管理算法——因为标准C库的动态内存管理方法有如下几个缺点：

占用大量的代码空间不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中
没有线程安全的相关机制
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

因此，FreeRTOS提供了多种动态内存管理的算法，可针对不同的嵌入式系统。

2.FreeRTOS内存管理算法

FreeRTOS提供了5种动态内存管理算法，分别为： heap_1、heap_2、heap_3、heap_4、heap_5 。在我们FreeRTOS例程中，使用的均为heap_4内存管理算法

算法	优点	缺点	应用场合
heap_1	分配简单，时间确定	只允许申请内存，不允许释放内存	工程创建的任务等不需要删除
heap_2	最适应算法，允许申请和释放内存	不能合并相邻的空闲内存块会产生碎片、时间不定	频繁创建/删除，且创建的任务堆栈相同
heap_3	直接调用C库函数malloc()和 free() ，简单	速度慢、时间不定
heap_4	首次适应算法，允许申请释放，相邻空闲内存合并减少内存碎片的产生	时间不定	频繁分配/释放不同大小的内存
heap_5	能够管理多个非连续内存区域的 heap_4	时间不定	内存地址不连续的场景

2.1.heap_1内存管理算法

heap_1只实现了pvPortMalloc，没有实现vPortFree。也就是说，它只能申请内存，无法释放内存。如果你的工程，创建好的任务、队列、信号量等都不需要被删除，那么可以使用heap_1内存管理算法heap_1的实现最为简单，管理的内存堆是一个数组，在申请内存的时候，heap_1内存管理算法只是简单地从数组