正点原子的内存管理_正点原子【STM32-F407探索者】第四十二章 内存管理实验

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上一章，我们学会了使用 STM32F4 驱动外部 SRAM，以扩展 STM32F4 的内存，加上 STM32F4 本身自带的 192K 字节内存，我们可供使用的内存还是比较多的。如果我们所用的内 存都像上一节的 testsram 那样，定义一个数组来使用，显然不是一个好办法。 本章，我们将学习内存管理，实现对内存的动态管理。本章分为如下几个部分：

42.1 内存管理简介

42.2 硬件设计

42.3 软件设计

42.4 下载验证

42.1 内存管理简介

内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术。其最主要的目的是如 何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。内存管理的实现方法有很多种， 他们其实最终都是要实现 2 个函数：malloc 和 free；malloc 函数用于内存申请，free 函数用于 内存释放。

本章，我们介绍一种比较简单的办法来实现：分块式内存管理。下面我们介绍一下该方法 的实现原理，如图 42.1.1 所示：图 42.1.1 分块式内存管理原理

从上图可以看出，分块式内存管理由内存池和内存管理表两部分组成。内存池被等分为 n 块，对应的内存管理表，大小也为 n，内存管理表的每一个项对应内存池的一块内存。

内存管理表的项值代表的意义为：当该项值为 0 的时候，代表对应的内存块未被占用，当 该项值非零的时候，代表该项对应的内存块已经被占用，其数值则代表被连续占用的内存块数。 比如某项值为 10，那么说明包括本项对应的内存块在内，总共分配了 10 个内存块给外部的某 个指针。

内寸分配方向如图所示，是从顶→底的分配方向。即首先从最末端开始找空内存。当内存 管理刚初始化的时候，内存表全部清零，表示没有任何内存块被占用。

分配原理

当指针 p 调用 malloc 申请内存的时候，先判断 p 要分配的内存块数(m)，然后从第 n 项开始，向下查找，直到找到 m 块连续的空内存块(即对应内存管理表项为 0)，然后将这 m 个内 存管理表项的值都设置为 m(标记被占用)，最后，把最后的这个空内存块的地址返回指针 p， 完成一次分配。注意，如果当内存不够的时候(找到最后也没找到连续的 m 块空闲内存)，则 返回 NULL 给 p，表示分配失败。

释放原理

当 p 申请的内存用完，需要释放的时候，调用 free 函数实现。free 函数先判断 p 指向的内 存地址所对应的内存块，然后找到对应的内存管理表项目，得到 p 所占用的内存块数目 m(内 存管理表项目的值就是所分配内存块的数目)，将这 m 个内存管理表项目的值都清零，标记释 放，完成一次内存释放。

关于分块式内存管理的原理，我们就介绍到这里。

42.2 硬件设计

本章实验功能简介：开机后，显示提示信息，等待外部输入。KEY0 用于申请内存，每次 申请 2K 字节内存。KEY1 用于写数据到申请到的内存里面。KEY2 用于释放内存。KEY_UP 用于切换操作内存区(内部 SRAM 内存/外部 SRAM 内存/内部 CCM 内存)。DS0 用于指示程 序运行状态。本章我们还可以通过 USMART 调试，测试内存管理函数。

本实验用到的硬件资源有：

1) 指示灯 DS0

2) 四个按键

3) 串口

4) TFTLCD 模块

5) XM8A51216

这些我们都已经介绍过，接下来我们开始软件设计。

42.3 软件设计

打开本章实验工程可以看到，我们新增了 MALLOC 分组，同时在分组中新建了文件

malloc.c 以及头文件 malloc.h。 内存管理相关的函数和定义主要是在这两个文件中。

打开 malloc.c 文件，代码如下：

//内存池(32 字节对齐)

__align(32) u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; //内部 SRAM 内存池

__align(32) u8 mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((at(0X68000000)));

//外部 SRAM 内存池

__align(32) u8 mem3base[MEM3_MAX_SIZE] __attribute__((at(0X10000000)));

//内部 CCM 内存池

//内存管理表

u16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE];

//内部 SRAM 内存池 MAP

u16 mem2mapbase[MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0X68000000

+MEM2_MAX_SIZE)));

//外部 SRAM 内存池 MAP

u16 mem3mapbase[MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0X10000000

+MEM3_MAX_SIZE)));

//内部 CCM 内存池 MAP

//内存管理参数

const u32 memtblsize[SRAMBANK]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,

MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE}; //内存表大小

const u32 memblksize[SRAMBANK]={MEM1_BLOC