【STM32 FreeRTOS】内存管理

除了FreeRTOS提供的动态内存管理方法,标准的C库也提供了函数malloc()和函数free()来实现动态的申请和释放内存。

为啥不用标准的C库自带的内存管理算法?因为标准C库的动态管理方法有如下缺点:

  • 占用大量的代码空间,不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中
  • 没有线程安全的相关机制
  • 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

因此,FreeRTOS提供了多种动态内存管理的算法,可针对不同的嵌入式系统。

算法 优点 缺点
heap_1 分配简单,时间确定 只允许申请内存,不允许释放内存
heap_2 允许申请和释放内存 不能合并相邻的空闲内存块会产生碎片、时间不定
heap_3 直接调用C库函数malloc和free,简单 速度慢、时间不定
heap_4 相邻空闲内存可合并,减少内存碎片的产生 时间不定
heap_5 能够管理多个非连续内存区域的heap_4 时间不定

我们一般使用heap_4。heap_4内存管理算法使用了首次适应算法,也支持内存的申请和释放,并且能够将空间且相邻的内存进行合并,从而减少内存碎片的现象。

首次适应算法

假设heap有3块空闲内存(按内存块地址有底到高排序):5字节、50字节、25字节

现在新创建一个任务需要申请20字节的内存

第一步:找出第一个能满足pvPortMalloc的内存:50字节

第二步:把它划分为20字节、30字节;返回这20字节的地址,剩下的30字节仍然是空闲状态,留给后续的pvPortMalloc使用

heap_4内存管理算法会把相邻的空闲内存合并为一个更大的空闲内存,这有助于减少内存的碎片问题。

函数 描述
void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize ) 申请内存
void vPortFree( void *pv ) 释放内存
size_t xPortGetFreeHeapSize( void ) 获取当前空闲内存大小

关于内存,这里在多说几句:

裸机时我们会定义堆栈大小,例如**_Min_Heap_Size = 0x200**,_Min_Stack_Size = 0x400这个是在RAM中的。如果是使用标准C库的malloc函数,那么就会从这个堆中申请内存;如果是函数中的局部变量,那么就是申请的这里的栈内存。

FreeRTOS中也会定义一个堆空间ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ],这个堆空间也是RAM的一部分,和裸机中的堆栈没有任何关系。这个堆空间用于FreeRTOS中API申请内存空间(例如动态创建任务,任务的堆栈空间),再或者pvPortMalloc函数动态申请内存。

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