內(nèi)存非常重要！淺談嵌入式裸機(jī)編程最重要的事

在嵌入式裸機(jī)編程中，作為一名初級的CODER。經(jīng)常要與CPU、內(nèi)存等打交道。CPU作為系統(tǒng)的動力源，其重要程度不言而喻。但是，在裸機(jī)編程中，對內(nèi)存的管理也不容忽視。如果稍微不注意，輕則，可能造成內(nèi)存泄漏，重則造成內(nèi)存訪問異常。導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)。

嵌入式產(chǎn)品，對穩(wěn)定性要求及其嚴(yán)格。動不動就死機(jī)，那可就麻煩大了。以下，是我本人對嵌入式系統(tǒng)裸機(jī)編程的內(nèi)存管理的一些簡介。

1. 萬萬不可使用系統(tǒng)自帶的malloc和free。

malloc和free在PC編程中是很好用的一種內(nèi)存分配手段。但是，其在嵌入式中，就未必好用了。由于嵌入式裸機(jī)編程中，無MMU，即內(nèi)存管理單元。無法實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存進(jìn)行動態(tài)映射（不明白什么叫動態(tài)映射的同學(xué)，可以參考網(wǎng)上的資料）。也就是說，實(shí)際上，malloc和free并不能實(shí)現(xiàn)動態(tài)的內(nèi)存的管理。這需要在啟動階段專門給其分配一段空閑的內(nèi)存區(qū)域作為malloc的內(nèi)存區(qū)。如STM32中的啟動文件startup_stm32f10x_md.s中見以下信息：

［plain］ view plain copy

Heap_Size EQU 0x00000800 AREA HEAP， NOINIT， READWRITE， ALIGN=3

__heap_base

Heap_Mem SPACE Heap_Size

__heap_limit

其中，Heap_Size即定義一個(gè)宏定義。數(shù)值為0x00000800。Heap_Mem則為申請一塊連續(xù)的內(nèi)存，大小為 Heap_Size。簡化為C語言版本如下：

#define Heap_Size 0x00000800

unsigned char Heap_Mem［Heap_Size］ = {0};

在這里申請的這塊內(nèi)存，在接下來的代碼中，被注冊進(jìn)系統(tǒng)中給malloc和free函數(shù)所使用：

__user_initial_stackheap

LDR R0， = Heap_Mem ; 返回系統(tǒng)中堆內(nèi)存起始地址

LDR R1， =（Stack_Mem + Stack_Size）

LDR R2， = （Heap_Mem + Heap_Size）; 返回系統(tǒng)中堆內(nèi)存的結(jié)束地址

LDR R3， = Stack_Mem

BX LR

就如上面分析的那樣，其實(shí)，在裸機(jī)編程的時(shí)候，對堆內(nèi)存的管理。并非是智能化的，并非你想申請多少就多少。而是使用一塊固定的內(nèi)存用作堆內(nèi)存的分配。這在設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往不是最佳的方案。這塊內(nèi)存，如果被多次按照不同的大小進(jìn)行申請，就會造成內(nèi)存碎片。最終導(dǎo)致無法申請到足夠的內(nèi)存。導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)。這在原本內(nèi)存就已經(jīng)很少的嵌入式系統(tǒng)中，更是不能接受的。所以，建議是把那個(gè)Heap_Size設(shè)置成 0 吧。放棄其使用吧。

而更為致命的是，有些malloc，free函數(shù)，由于工程人員的偷懶。實(shí)現(xiàn)甚至可能如下：

unsigned char mem_buffer［512］;

unsigned char *mem_offset = & mem_buffer;

void *malloc（int size）

{

unsigned char *tmp = mem_offset;

mem_offset += size;

return （void *）tmp;

}

void free（void *mem）

{

mem_offset = mem;

}

2. 更好的替代方案：內(nèi)存池。

可能有些同學(xué)，覺得：內(nèi)存池，這是什么東西？

內(nèi)存池，簡潔地來說，就是預(yù)先分配一塊固定大小的內(nèi)存。以后，要申請固定大小的內(nèi)存的時(shí)候，即可從該內(nèi)存池中申請。用完了，自然要放回去。注意，內(nèi)存池，每次申請都只能申請固定大小的內(nèi)存。這樣子做，有很多好處：

（1）每次動態(tài)內(nèi)存申請的大小都是固定的，可以有效防止內(nèi)存碎片化。（至于為什么，可以想想，每次申請的都是固定的大小，回收也是固定的大?。?/p>

（2）效率高，不需要復(fù)雜的內(nèi)存分配算法來實(shí)現(xiàn)。申請，釋放的時(shí)間復(fù)雜度，可以做到O（1）。

（3）實(shí)現(xiàn)簡單，易用。

（4）內(nèi)存的申請，釋放都在可控的范圍之內(nèi)。不會出現(xiàn)以后運(yùn)行著，運(yùn)行著，就再也申請不到內(nèi)存的情況。

內(nèi)存池，并非什么很厲害的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)起來，其實(shí)可以做到很簡單。只需要一個(gè)鏈表即可。在初始化的時(shí)候，把全局變量申請來的內(nèi)存，一個(gè)個(gè)放入該鏈表中。在申請的時(shí)候，只需要取出頭部并返回即可。在釋放的時(shí)候，只需要把該內(nèi)存插入鏈表。以下是一種簡單的例子（使用移植來的linux內(nèi)核鏈表，對該鏈表的移植，以后有時(shí)間再去分析）：

#define MEM_BUFFER_LEN 5 //內(nèi)存塊的數(shù)量

#define MEM_BUFFER_SIZE 256 //每塊內(nèi)存的大小

//內(nèi)存池的描述，使用聯(lián)合體，體現(xiàn)窮人的智慧。就如，我一同學(xué)說的：一個(gè)字節(jié)，恨不得掰成8個(gè)字節(jié)來用。

typedef union mem {

struct list_head list;

unsigned char buffer［MEM_BUFFER_SIZE］;

}mem_t;

static union mem gmem［MEM_BUFFER_LEN］;

LIST_HEAD（mem_pool）;

//分配內(nèi)存

void *mem_pop（）

{

union mem *ret = NULL;

psr_t psr;

psr = ENTER_CRITICAL（）;

if（！list_empty（&mem_pool）） { //有可用的內(nèi)存池

ret = list_first_entry（&mem_pool， union mem， list）;

//printf（“mem_pool = 0x%p ret = 0x%p ”， &mem_pool， &ret-》list）;

list_del（&ret-》list）;

}

EXIT_CRITICAL（psr）;

return ret;//-》buffer;

}

//回收內(nèi)存

void mem_push（void *mem）

{

union mem *tmp = NULL;

psr_t psr;

tmp = （void *）mem;//container_of（mem， struct mem， buffer）;

psr = ENTER_CRITICAL（）;

list_add（&tmp-》list， &mem_pool）;

//printf（“free = 0x%p ”， &tmp-》list）;

EXIT_CRITICAL（psr）;

}

//初始化內(nèi)存池

void mem_pool_init（）

{

int i;

psr_t psr;

psr = ENTER_CRITICAL（）;

for（i=0; i

list_add（&（gmem［i］.list）， &mem_pool）;

//printf（“add mem 0x%p ”， &（gmem［i］.list））;

}

EXIT_CRITICAL（psr）;

}