单片机上内存管理（重定义malloc & free）de实现
在单片机上经常会需要用到像标准c库中的内存分配，可是单片机并没有内存管理机制，如果直接调用库函数（malloc,free...）,会导致内存碎片越用越多，很容易使系统崩溃掉，这里分享一个自己写的适用于单片机的内存分配方法，具备轻量级的内存管理能力，有效减少内存碎片，提高单片机系统工作稳定性。
如下图，heap_start开始的地方，是我们存放用户数据的地方，在heap_end之前都是大小固定的一个个内存管理块，内存管理块用于记录每次用户申请内存的地址、大小、释放情况。在malloc时，会优先选择和用户申请空间最相当的内存块，以减少内存碎片产生。在free的内存块时，如果遇到相邻内存块均为空闲块时，便会将几块相邻的内存块合并成一块，以减少内存碎片。
源码下载：
alloc.c
/*
********************************************************************************
* memory alloc
*
* (c) Copyright 2018-2020;
* All rights reserved. Protected by international copyright laws.
*
* MEMORY ALLOC
*
* File : mem_alloc.c
* By : Recahrd.Zhang
* Version : V1.00
*
********************************************************************************
*/
#include
#include "mem_alloc.h"
#include "debug.h"
#define MEM_ALLOC 1
#if defined (MEM_ALLOC)&&MEM_ALLOC
#define alloc_printf printf
#else
#define alloc_printf(argv, ...)
#endif
#define MEM_SIZE 2*1024 /*内存池的大小 2 KBytes*/
static char mem[MEM_SIZE]; /*定义用来内存分配的数组*/
#define MEM_START &mem[0] /*定义内存池的首地址*/
#define MEM_END &mem[MEM_SIZE] /*定义内存池的尾地址*/
enum USE_STA{ /*定义内存块的使用状态(UNUSED 未使用)，(USED 已使用)*/
UNUSED = 0,
USED = 1
};
#pragma pack(1)
typedef struct mem_block{ /*定义内存管理块的数据结构*/
void *mem_ptr; /*当前内存块的内存地址*/
struct mem_block *nxt_ptr; /*下一个内存管理块的地址*/
unsigned int mem_size; /*当前内存块的大小*/
enum USE_STA mem_sta; /*当前内存块的状态*/
}mem_block;
#pragma pack()
#define BLK_SIZE sizeof(mem_block) /*内存管理块的大小*/
#define HEAD_NODE (MEM_END - BLK_SIZE)/*头内存管理块的地址*/
static signed char mem_init_flag = -1; /*内存分配系统初始化的标志(-1 未初始化),(1 已初始化)*/
/*
********************************************************************************
* 内存分配系统初始化
*
* 描述 : 初始化内存分配系统，为malloc和free做好准备工作。
*
* 参数 : 无
*
* 返回 : 无
********************************************************************************
*/
void mem_init(void)
{
mem_block *node;
memset(mem, 0x00UL, sizeof(mem));
node = (mem_block *)HEAD_NODE;
node->mem_ptr = MEM_START;
node->nxt_ptr = (mem_block *)HEAD_NODE;
node->mem_size = MEM_SIZE - BLK_SIZE;
node->mem_sta = UNUSED;
mem_init_flag = 1;
}
/*
********************************************************************************
* 内存申请函数
*
* 描述 : 内存申请函数
*
* 参数 : nbytes 要申请的内存的字节数。
*
* 返回 : 成功 返回申请到的内存的首地址
* 失败 返回NULL
********************************************************************************
*/
static void *malloc(unsigned nbytes)
{
unsigned int suit_size = 0xFFFFFFFFUL;
mem_block *head_node=NULL, *tmp_node=NULL, *suit_node=NULL;
if(nbytes == 0)
{
alloc_printf("参数非法!\r\n");
return NULL;
}
if(mem_init_flag < 0)
{
alloc_printf("未初始化,先初始化.\r\n");
mem_init();
}
head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
while(1)
{
if(tmp_node->mem_sta == UNUSED)
{
if(nbytes <= tmp_node->mem_size && tmp_node->mem_size < suit_size)
{
suit_node = tmp_node;
suit_size = suit_node->mem_size;
}
}
tmp_node = tmp_node->nxt_ptr;
if(tmp_node == head_node)
{
if(suit_node == NULL)
{
alloc_printf("NULL\r\n");
return NULL;
}
break;
}
}
if(nbytes <= suit_node->mem_size && (nbytes + BLK_SIZE) >= suit_node->mem_size)
{
suit_node->mem_sta = USED;
return suit_node->mem_ptr;
}
else if(suit_node->mem_size > (nbytes + BLK_SIZE))
{
tmp_node = suit_node->mem_ptr;
tmp_node = (mem_block *)((unsigned char *)tmp_node + nbytes);
tmp_node->mem_ptr = suit_node->mem_ptr;
tmp_node->nxt_ptr = suit_node->nxt_ptr;
tmp_node->mem_size = nbytes;
tmp_node->mem_sta = USED;
suit_node->mem_ptr = (mem_block *)((unsigned char *)tmp_node + BLK_SIZE);
suit_node->nxt_ptr = tmp_node;
suit_node->mem_size -= (nbytes + BLK_SIZE);
suit_node->mem_sta = UNUSED;
return tmp_node->mem_ptr;
}
else
{
alloc_printf("%s,size err!\r\n",__FUNCTION__);
}
return NULL;
}
/*
********************************************************************************
* 内存释放函数
*
* 描述 : 内存释放函数
*
* 参数 : ap 要释放的内存块的指针。
*
* 返回 : 无
********************************************************************************
*/
static void free(void *ap)
{
mem_block *head_node, *tmp_node, *nxt_node;
if(ap == NULL)
return;
if(mem_init_flag < 0)
{
return;
}
head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
while(1)
{
if(tmp_node->mem_ptr == ap)
{
if(tmp_node->mem_sta != UNUSED)
{
tmp_node->mem_sta = UNUSED;
break;
}
else
{
alloc_printf("ap:0x%08x 已经释放,无需再次释放\r\n",ap);
return;
}
}
tmp_node = tmp_node->nxt_ptr;
if(tmp_node == head_node)
{
alloc_printf("%s,can not found ap!\r\n",__FUNCTION__);
return ;
}
}
AGAIN:
head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
while(1)
{
nxt_node = tmp_node->nxt_ptr;
if(nxt_node == head_node)
{
break;
}
if(tmp_node->mem_sta == UNUSED && nxt_node->mem_sta == UNUSED)
{
tmp_node->mem_ptr = nxt_node->mem_ptr;
tmp_node->nxt_ptr = nxt_node->nxt_ptr;
tmp_node->mem_size += nxt_node->mem_size + BLK_SIZE;
tmp_node->mem_sta = UNUSED;
goto AGAIN;
}
tmp_node = nxt_node;
}
}
void *m_malloc(unsigned nbytes)
{
return malloc(nbytes);
}
void m_free(void *ap)
{
free(ap);
} alloc.h
#ifndef __MEM_ALLOC_H__
#define __MEM_ALLOC_H__
void *m_malloc(unsigned nbytes);
void m_free(void *ap);
#endiftest.c：
#include
#include "alloc.h"
#define alloc_printf pritnf
/*
********************************************************************************
* 内存打印函数
*
* 描述 : 打印内存系统中每一个内存块的信息
*
* 参数 : 无
*
* 返回 : 无
********************************************************************************
*/
void mem_print(void)
{
unsigned int i = 0;
mem_block *head_node, *tmp_node;
if(mem_init_flag < 0)
{
alloc_printf("未初始化,先初始化.\r\n");
mem_init();
}
head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
alloc_printf("\r\n#############################\r\n");
while(1)
{
alloc_printf("\r\nNO.%d:\r\n",i++);
alloc_printf("blk_ptr:0x%08x\r\n",tmp_node);
alloc_printf("mem_ptr:0x%08x\r\n",tmp_node->mem_ptr);
alloc_printf("nxt_ptr:0x%08x\r\n",tmp_node->nxt_ptr);
alloc_printf("mem_size:%d\r\n",tmp_node->mem_size);
alloc_printf("mem_sta:%d\r\n",tmp_node->mem_sta);
tmp_node = tmp_node->nxt_ptr;
if(tmp_node == head_node)
{
break;
}
}
alloc_printf("\r\n#############################\r\n");
}
void buff_print(unsigned char *buf,unsigned int len)
{
unsigned int i;
alloc_printf("\r\n");
for(i=0;i