FreeRTOS内存管理 ===================== 在C语言的库函数中，有malloc, free等函数，但在FreeRTOS中，他们不适用 - 不适用在资源紧缺的嵌入式系统中 - 这些函数的实现过于复杂，占据的代码空间大 - 并非线程安全 - 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 - 有时难以调试 FreeRTOS内存管理方法 ----------------------- FreeRTOS中内存管理的接口函数为: ``pvPortMalloc`` , ``vPortFree`` ,对应C库的malloc, free ================= ======================================== ======================================= 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，时间不确定 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基础上支持分割的内存块　 可解决碎片问题，时间不定 ================= ======================================== ======================================= Heap_1 ----------- 它只实现了pvPort, 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 :: /* A few bytes might be lost to byte aligning the heap start address. */ #define configADJUSTED_HEAP_SIZE ( configTOTAL_HEAP_SIZE - portBYTE_ALIGNMENT ) /* 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 ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ]; #endif /* configAPPLICATION_ALLOCATED_HEAP */ 然后，对于pvPortMalloc调用时，就从这个数组中分配空间 FreeRTOS在创建任务时，需要2个内核对象: task control block(TCB), stack 使用heap_1时，内存分配过程如下图所示 - A: 创建任务之前整个数组都是空闲的 - B: 创建第一个任务之后，蓝色区域被分配出去了 - C: 创建第三个任务之后的数组使用情况 .. image:: res/heap_1.png Heap_2 --------- Heap_2之所以还保留，只是为了兼容以前的代码．新设计中不再推荐使用Heap_2,建议使用Heap_4来代替Heap_2，更加高效 Heap_3 --------- Heap_3使用标准C库里的malloc, free函数，所以堆大小由链接器的配置决定 Heap_4 ---------- 跟Heap_1和Heap_2一样，Heap_4也是使用大数组来分配内存 Heap_4使用 ``首次适应算法(first fit)`` 来分配内存．它还会把相邻的空闲内存合并为一个更大的空闲内存，这有助于较少内存 的碎片问题 首次适应算法： - 假设堆中有3块空闲内存:5字节，200字节，100字节 - pvPortMalloc想申请20字节 - 找出第一个能满足pvPortMalloc的内存: 200字节 - 把它划分为20字节，180字节 - 返回这20字节的地址 - 剩下的180字节仍然是空闲状态，留给后续的pvPortMalloc使用 .. note:: Heap_4执行的时间是不确定的，但它的效率高于标准库的malloc, free Heap_5 ---------- Heap_5分配内存，释放内存的算法是跟Heap_4一样的．不同的是，Heap_5并不局限于管理一个大数组:它可以管理多块，分割开的内存. 既然内存是分割开的，那么就需要进行初始化，确定这些内存块在哪，有多大 :: typedef struct HeapRegion { uint8_t *pucStartAddress; size_t xSizeInBytes; } HeapRegion_t; HeapRegion_t xHeapRegions[] = { {(uint8_t *)0x80000000UL, 0x10000}, {(uint8_t *)0x90000000UL, 0xa0000}, {NULL, 0} }; void vPortDefineHeapRegions(const HeapRegion_t * const pxHeapRegions); Heap相关的函数 ---------------- :: void *pvPortMalloc(size_t xWantedSize); void vPortFree(void *pv); size_t xPortGetFreeHeapSize(void); //返回程序运行过程中，空闲内存容量的最小值,只有Heap_4, Heap_5支持此函数 size_t xPortGetMinmumEverFreeHeapSize(void); - malloc失败的钩子函数 :: void *pvPortMalloc(size_t xWantedSize) { ... #if (configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK == 1) if(pvReturn == NULL) { extern void vApplicationMallocFailedHook(void); vApplicationMallocFailedHook(); } #endif } .. note:: 使用此钩子函数需要在FreeRTOSConfig.h中，把configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK定义为1