cortex_m3_stm32嵌入式學習筆記(二十四):內存管理實驗(動態內存)

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有用過C語言編程的童鞋對動態管理內存肯定有點了解。。好處就不多說了 今天實現STM32的動態內存管理


內存管理,是指軟件運行時對計算機內存資源的分配和使用的技術。其最主要的目的是如何高效,快速的分配,并且在適當的時候釋放和回收內存資源。 內存管理的實現方法有很多種,他們其實最終都是要實現兩個函數:malloc 和 free(好熟悉); malloc 函數用于內存申請, free 函數用于內存釋放。

實現方式:分塊式內存管理

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? 從上圖可以看出,分塊式內存管理由內存池和內存管理表兩部分組成。內存池被等分為 n塊,對應的內存管理表,大小也為 n,內存管理表的每一個項對應內存池的一塊內存。內存管理表的項值代表的意義為:當該項值為 0 的時候,代表對應的內存塊未被占用,當該項值非零的時候,代表該項對應的內存塊已經被占用,其數值則代表被連續占用的內存塊數。比如某項值為 10,那么說明包括本項對應的內存塊在內,總共分配了 10 個內存塊給外部的某個指針。
? 內寸分配方向如圖所示,是從頂?底的分配方向。即首先從最末端開始找空內存。當內存管理剛初始化的時候,內存表全部清零,表示沒有任何內存塊被占用。

分配原理
? 當指針 p 調用 malloc 申請內存的時候,先判斷 p 要分配的內存塊數( m),然后從第 n 項開始,向下查找,直到找到 m 塊連續的空內存塊(即對應內存管理表項為 0),然后將這 m 個內存管理表項的值都設置為 m(標記被占用),最后,把最后的這個空內存塊的地址返回指針 p,完成一次分配。注意,如果當內存不夠的時候(找到最后也沒找到連續的 m 塊空閑內存),則返回 NULL 給 p,表示分配失敗。
釋放原理
? 當 p 申請的內存用完,需要釋放的時候,調用 free 函數實現。 free 函數先判斷 p 指向的內存地址所對應的內存塊,然后找到對應的內存管理表項目,得到 p 所占用的內存塊數目 m(內存管理表項目的值就是所分配內存塊的數目 ),將這 m 個內存管理表項目的值都清零,標記釋放,完成一次內存釋放。

代碼:外用兩個函數 mymalloc(int size) 參數為申請內存的大小,返回申請的內存的首地址,若申請失敗則返回NULL;
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?myfree(void *p) 釋放p為首的指針;

malloc.h

#ifndef __MALLOC_H #define __MALLOC_H #include "stm32f10x.h"  #ifndef NULL #define NULL 0 #endif  //內存參數設定. #define MEM_BLOCK_SIZE			32  	  						//內存塊大小為32字節 #define MEM_MAX_SIZE			42*1024  						//最大管理內存 42K #define MEM_ALLOC_TABLE_SIZE	MEM_MAX_SIZE/MEM_BLOCK_SIZE 	//內存表大小   		  //內存管理控制器 struct _m_mallco_dev { 	void (*init)(void);				//初始化 	u8 (*perused)(void);		  	//內存使用率 	u8 	*membase;					//內存池  	u16 *memmap; 					//內存管理狀態表 	u8  memrdy; 					//內存管理是否就緒 }; extern struct _m_mallco_dev mallco_dev;	//在mallco.c里面定義  void mymemset(void *s,u8 c,u32 count);	//設置內存 void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n);//復制內存      void mem_init(void);					 //內存管理初始化函數(外/內部調用) u32 mem_malloc(u32 size);		 		//內存分配(內部調用) u8 mem_free(u32 offset);		 		//內存釋放(內部調用) u8 mem_perused(void);					//得內存使用率(外/內部調用)  //用戶調用函數 void myfree(void *ptr);  				//內存釋放(外部調用) void *mymalloc(u32 size);				//內存分配(外部調用) void *myrealloc(void *ptr,u32 size);	//重新分配內存(外部調用) #endif 

malloc.c

#include "malloc.h"	      //內存池(4字節對齊) __align(4) u8 membase[MEM_MAX_SIZE];			//SRAM內存池 //內存管理表 u16 memmapbase[MEM_ALLOC_TABLE_SIZE];			//SRAM內存池MAP //內存管理參數	    const u32 memtblsize=MEM_ALLOC_TABLE_SIZE;		//內存表大小 const u32 memblksize=MEM_BLOCK_SIZE;			//內存分塊大小 const u32 memsize=MEM_MAX_SIZE;					//內存總大小   //內存管理控制器 struct _m_mallco_dev mallco_dev= { 	mem_init,			//內存初始化 	mem_perused,		//內存使用率 	membase,			//內存池 	memmapbase,			//內存管理狀態表 	0,  				//內存管理未就緒 };  //復制內存 //*des:目的地址 //*src:源地址 //n:需要復制的內存長度(字節為單位) void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n)   {       u8 *xdes=des; 	u8 *xsrc=src;      while(n--)*xdes++=*xsrc++;   }   //設置內存 //*s:內存首地址 //c :要設置的值 //count:需要設置的內存大小(字節為單位) void mymemset(void *s,u8 c,u32 count)   {       u8 *xs = s;       while(count--)*xs++=c;   }	    //內存管理初始化   void mem_init(void)   {       mymemset(mallco_dev.memmap, 0,memtblsize*2);//內存狀態表數據清零   	mymemset(mallco_dev.membase, 0,memsize);	//內存池所有數據清零   	mallco_dev.memrdy=1;						//內存管理初始化OK   }   //獲取內存使用率 //返回值:使用率(0~100) u8 mem_perused(void)   {       u32 used=0;       u32 i;       for(i=0;i<memtblsize;i++)       {           if(mallco_dev.memmap[i])used++;      }      return (used*100)/(memtblsize);   }   //內存分配(內部調用) //memx:所屬內存塊 //size:要分配的內存大小(字節) //返回值:0XFFFFFFFF,代表錯誤;其他,內存偏移地址  u32 mem_malloc(u32 size)   {       signed long offset=0;       u16 nmemb;	//需要的內存塊數   	u16 cmemb=0;//連續空內存塊數     u32 i;       if(!mallco_dev.memrdy)mallco_dev.init();	//未初始化,先執行初始化      if(size==0)return 0XFFFFFFFF;				//不需要分配     nmemb=size/memblksize;  					//獲取需要分配的連續內存塊數     if(size%memblksize)nmemb++;       for(offset=memtblsize-1;offset>=0;offset--)	//搜索整個內存控制區       {      		if(!mallco_dev.memmap[offset])cmemb++;	//連續空內存塊數增加 		else cmemb=0;							//連續內存塊清零 		if(cmemb==nmemb)						//找到了連續nmemb個空內存塊 		{             for(i=0;i<nmemb;i++)  				//標注內存塊非空              {                   mallco_dev.memmap[offset+i]=nmemb;               }               return (offset*memblksize);			//返回偏移地址   		}     }       return 0XFFFFFFFF;//未找到符合分配條件的內存塊   }   //釋放內存(內部調用)  //offset:內存地址偏移 //返回值:0,釋放成功;1,釋放失敗;   u8 mem_free(u32 offset)   {       int i;       if(!mallco_dev.memrdy)//未初始化,先執行初始化 	{ 		mallco_dev.init();             return 1;//未初始化       }       if(offset<memsize)//偏移在內存池內.      {           int index=offset/memblksize;		//偏移所在內存塊號碼           int nmemb=mallco_dev.memmap[index];	//內存塊數量         for(i=0;i<nmemb;i++)  				//內存塊清零         {               mallco_dev.memmap[index+i]=0;           }         return 0;       }else return 2;//偏移超區了.   }   //釋放內存(外部調用)  //ptr:內存首地址  void myfree(void *ptr)   {   	u32 offset;       if(ptr==NULL)return;//地址為0.    	offset=(u32)ptr-(u32)mallco_dev.membase;       mem_free(offset);	//釋放內存      }   //分配內存(外部調用) //size:內存大小(字節) //返回值:分配到的內存首地址. void *mymalloc(u32 size)  //返回任意類型指針(或者說地址?) {       u32 offset;  									       	offset=mem_malloc(size);  	   				        if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL;       else return (void*)((u32)mallco_dev.membase+offset);   }   //重新分配內存(外部調用) //*ptr:舊內存首地址 //size:要分配的內存大小(字節) //返回值:新分配到的內存首地址. void *myrealloc(void *ptr,u32 size)   {       u32 offset;       offset=mem_malloc(size);       if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL;          else       {  									    	    mymemcpy((void*)((u32)mallco_dev.membase+offset),ptr,size);	//拷貝舊內存內容到新內存            myfree(ptr);  											  	//釋放舊內存         return (void*)((u32)mallco_dev.membase+offset);  			//返回新內存首地址     }   } 

主函數測試:

#include "led.h" #include "delay.h" #include "sys.h" #include "usart.h" #include "lcd.h" #include "key.h" #include "malloc.h"  #include "usmart.h"   int main(void)  {  	u8 key;		   	u8 i=0;	     	u8 *p=0; 	u8 *tp=0; 	u8 paddr[18];			//存放P Addr:+p地址的ASCII值   	NVIC_Configuration();	  	delay_init();	    	 //延時函數初始化	   	uart_init(9600);	 	//串口初始化為9600 	LED_Init();		  		//初始化與LED連接的硬件接口 	LCD_Init();			   	//初始化LCD	 	usmart_dev.init(72);	//初始化USMART	  	KEY_Init();				//按鍵初始化    	mem_init();				//初始化內存池 			      	POINT_COLOR=RED;//設置字體為紅色  	LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Mini STM32");	 	LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"MALLOC TEST");	 	LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"[email protected]"); 	LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2014/3/12");   	LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"KEY0:Malloc"); 	LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"KEY1:Write Data"); 	LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"WK_UP:Free");   	POINT_COLOR=BLUE;//設置字體為藍色   	LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"SRAM USED:   %");     	while(1) 	{	 		key=KEY_Scan(0);//不支持連按	 		switch(key) 		{ 			case 0:		//沒有按鍵按下	 				break; 			case 1:		//KEY0按下 				p=mymalloc(2048);	//申請2K字節 				if(p!=NULL)sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);//向p寫入一些內容 				break; 			case 2:		//KEY1按下	    				if(p!=NULL) 				{ 					sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);//更新顯示內容 	  					LCD_ShowString(60,250,200,16,16,p);			 //顯示P的內容 				} 				break; 			case 3:		//WK_UP按下	   				myfree(p);	//釋放內存 				p=0;		//指向空地址 				break;  		} 		if(tp!=p) 		{ 			tp=p; 			sprintf((char*)paddr,"P Addr:0X%08X",(u32)tp); 			LCD_ShowString(60,230,200,16,16,paddr);	//顯示p的地址 			if(p)LCD_ShowString(60,250,200,16,16,p);//顯示P的內容 		    else LCD_Fill(60,250,239,266,WHITE);	//p=0,清除顯示 		} 		delay_ms(10);    		i++; 		if((i%20)==0)//DS0閃爍. 		{ 			LCD_ShowNum(60+80,190,mem_perused(),3,16);//顯示內存使用率  			LED0=!LED0;  		} 	}	 	    }

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