嵌入式釋放RTOS內(nèi)存性能的使用技巧

經(jīng)常從嵌入式開發(fā)人員那里聽到兩種拒絕使用RTOS的借口:

“RTOS內(nèi)存占用太大”

“RTOS開銷太大”

這些借口在以前可能有一些價值，但今天它們沒有任何分量。典型的RTOS對CPU的負(fù)載不到4%，需要不到16 KB的閃存空間和不到4 KB的RAM。在大多數(shù)情況下，性能和內(nèi)存問題與開發(fā)人員如何使用RTOS以及他們在如何正確使用和配置RTOS方面的知識差距有關(guān)。下面是開發(fā)人員可以遵循的七個技巧，以優(yōu)化他們的RTOS應(yīng)用程序內(nèi)存使用。

技巧1：對每項任務(wù)進(jìn)行最壞情況堆棧分析

最大的內(nèi)存浪費(fèi)之一是為任務(wù)堆棧分配的內(nèi)存。默認(rèn)情況下，大多數(shù) RTOS 將分配一千字節(jié)來保存任務(wù)堆棧，其中包含諸如局部變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)調(diào)用返回地址等內(nèi)容。默認(rèn)大小的問題在于，不熟悉使用 RTOS 的開發(fā)人員通常不會檢查每個任務(wù)并正確調(diào)整堆棧的大小。一個只閃爍幾個 LED 并且什么都不做的任務(wù)通常會有 1 千字節(jié)的堆棧，即使 64 字節(jié)就足夠了。未能檢查每個任務(wù)并正確調(diào)整堆棧大小可能會導(dǎo)致使用的 RAM 遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過應(yīng)用程序?qū)嶋H所需的 RAM。

技巧2：避免過度使用堆棧

由于每個任務(wù)都有一個堆棧，因此任務(wù)堆棧成為運(yùn)行應(yīng)用程序所需的 RAM 的巨大貢獻(xiàn)者。當(dāng)嵌入式開發(fā)人員設(shè)計和實(shí)現(xiàn)他們的任務(wù)時，他們應(yīng)該盡量減少堆棧的使用。這可以通過以下方式完成：

? 避免遞歸函數(shù)

? 最大限度減少函數(shù)調(diào)用

? 避免大型本地數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

開發(fā)人員不僅需要編寫代碼，還需要仔細(xì)考慮每個變量、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)調(diào)用對內(nèi)存和性能的影響。避免過度使用堆棧使用將允許開發(fā)人員縮小堆棧大小并節(jié)省 RAM 使用。

技巧3：使用內(nèi)存塊池

開發(fā)人員在開發(fā)基于 RTOS 的應(yīng)用程序時經(jīng)常會遇到的一個大問題是他們需要動態(tài)分配內(nèi)存。動態(tài)內(nèi)存分配的問題在于，內(nèi)存通常是從一個行為類似于字節(jié)池的堆中分配的。堆和字節(jié)池有許多缺點(diǎn)，例如：

? 它們會破碎

? 內(nèi)存分配是不確定的

另一方面，塊池來自固定塊，不僅可以確定地分配，而且不會碎片。對于需要動態(tài)分配內(nèi)存的開發(fā)人員來說，塊池是比堆或字節(jié)池更好的選擇。

技巧4：最小化 RTOS 對象

RTOS 可以幫助嵌入式開發(fā)人員將他們的應(yīng)用程序分解為可重用的半獨(dú)立程序，這些程序使用信號量、互斥體和消息隊列等 RTOS 對象來通信和同步任務(wù)執(zhí)行。每個RTOS對象都有一個使用少量內(nèi)存的控制塊。在資源非常有限的應(yīng)用程序中，或者如果開發(fā)人員過度使用這些資源，則可以使用比實(shí)際需要更多的內(nèi)存。出于這個原因，開發(fā)人員應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計他們的 RTOS 應(yīng)用程序，盡量減少RTOS對象的使用。

技巧5：考慮使用事件標(biāo)志而不是信號量

RTOS 的功能可能因一個 RTOS 而異，但在作者使用的幾種不同的 RTOS 中，使用事件標(biāo)志而不是信號量可能會導(dǎo)致占用空間略小。信號量不僅包含一個控制塊，還包含一些基本代碼來執(zhí)行信號量操作，比如發(fā)送和接收信號量。通常，此代碼往往比事件標(biāo)志更慢并且使用更多內(nèi)存。事件標(biāo)志實(shí)際上只不過是一個內(nèi)存位置，其中內(nèi)存位置中的每一位都代表一個事件，例如按下按鈕或剛剛對溫度傳感器進(jìn)行采樣。

技巧6：最小化任務(wù)優(yōu)先級

實(shí)時操作系統(tǒng)允許嵌入式開發(fā)人員設(shè)置任務(wù)可以設(shè)置的優(yōu)先級。例如，許多系統(tǒng)的默認(rèn)值是 0 到 31。在某些情況下，默認(rèn)值的范圍可以從 0 到 128 甚至 0 到 1024。一般來說，一般來說，任務(wù)優(yōu)先級越低，性能越好，內(nèi)存使用越少。開發(fā)人員應(yīng)盡量將優(yōu)先級設(shè)置保持在 0 到 31 之間，除非有充分的理由進(jìn)行其他設(shè)置。

技巧7：優(yōu)化 RTOS 配置文件

RTOS 通常有一個配置文件，允許開發(fā)人員微調(diào) RTOS 行為。配置文件允許開發(fā)人員設(shè)置功能，例如默認(rèn)堆棧大小、可用的優(yōu)先級數(shù)量以及構(gòu)建中將包含哪些同步對象。在許多情況下，修改配置文件可以為開發(fā)人員提供更小的 RTOS 占用空間，甚至根據(jù)可用的配置選項提高性能。確保檢查 RTOS 配置文件并了解每個可用選項。

如果使用不當(dāng)，RTOS 會導(dǎo)致應(yīng)用程序所需的內(nèi)存占用膨脹到無法使用的水平。在許多情況下，高內(nèi)存使用是由于開發(fā)人員使用 RTOS 的方式造成的，而不是 RTOS 本身的指示。在這篇文章中，我們研究了嵌入式開發(fā)人員可以遵循的幾個技巧，以幫助最小化他們自己的 RTOS 應(yīng)用程序占用空間。