cortex_m3_stm32嵌入式学习笔记(二十四):内存管理实验(动态内存)

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有用过C语言编程的童鞋对动态管理内存肯定有点了解。。好处就不多说了 今天实现STM32的动态内存管理


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两个函数:malloc 和 free(好熟悉); malloc 函数用于内存申请, free 函数用于内存释放。

实现方式:分块式内存管理

                 

  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。

代码:外用两个函数 mymalloc(int size) 参数为申请内存的大小,返回申请的内存的首地址,若申请失败则返回NULL;
                   myfree(void *p) 释放p为首的指针;

malloc.h

#ifndef __MALLOC_H #define __MALLOC_H #include "stm32f10x.h"  #ifndef NULL #define NULL 0 #endif  //内存参数设定. #define MEM_BLOCK_SIZE			32  	  						//内存块大小为32字节 #define MEM_MAX_SIZE			42*1024  						//最大管理内存 42K #define MEM_ALLOC_TABLE_SIZE	MEM_MAX_SIZE/MEM_BLOCK_SIZE 	//内存表大小   		  //内存管理控制器 struct _m_mallco_dev { 	void (*init)(void);				//初始化 	u8 (*perused)(void);		  	//内存使用率 	u8 	*membase;					//内存池  	u16 *memmap; 					//内存管理状态表 	u8  memrdy; 					//内存管理是否就绪 }; extern struct _m_mallco_dev mallco_dev;	//在mallco.c里面定义  void mymemset(void *s,u8 c,u32 count);	//设置内存 void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n);//复制内存      void mem_init(void);					 //内存管理初始化函数(外/内部调用) u32 mem_malloc(u32 size);		 		//内存分配(内部调用) u8 mem_free(u32 offset);		 		//内存释放(内部调用) u8 mem_perused(void);					//得内存使用率(外/内部调用)  //用户调用函数 void myfree(void *ptr);  				//内存释放(外部调用) void *mymalloc(u32 size);				//内存分配(外部调用) void *myrealloc(void *ptr,u32 size);	//重新分配内存(外部调用) #endif 

malloc.c

#include "malloc.h"	      //内存池(4字节对齐) __align(4) u8 membase[MEM_MAX_SIZE];			//SRAM内存池 //内存管理表 u16 memmapbase[MEM_ALLOC_TABLE_SIZE];			//SRAM内存池MAP //内存管理参数	    const u32 memtblsize=MEM_ALLOC_TABLE_SIZE;		//内存表大小 const u32 memblksize=MEM_BLOCK_SIZE;			//内存分块大小 const u32 memsize=MEM_MAX_SIZE;					//内存总大小   //内存管理控制器 struct _m_mallco_dev mallco_dev= { 	mem_init,			//内存初始化 	mem_perused,		//内存使用率 	membase,			//内存池 	memmapbase,			//内存管理状态表 	0,  				//内存管理未就绪 };  //复制内存 //*des:目的地址 //*src:源地址 //n:需要复制的内存长度(字节为单位) void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n)   {       u8 *xdes=des; 	u8 *xsrc=src;      while(n--)*xdes++=*xsrc++;   }   //设置内存 //*s:内存首地址 //c :要设置的值 //count:需要设置的内存大小(字节为单位) void mymemset(void *s,u8 c,u32 count)   {       u8 *xs = s;       while(count--)*xs++=c;   }	    //内存管理初始化   void mem_init(void)   {       mymemset(mallco_dev.memmap, 0,memtblsize*2);//内存状态表数据清零   	mymemset(mallco_dev.membase, 0,memsize);	//内存池所有数据清零   	mallco_dev.memrdy=1;						//内存管理初始化OK   }   //获取内存使用率 //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);   }   //内存分配(内部调用) //memx:所属内存块 //size:要分配的内存大小(字节) //返回值:0XFFFFFFFF,代表错误;其他,内存偏移地址  u32 mem_malloc(u32 size)   {       signed long offset=0;       u16 nmemb;	//需要的内存块数   	u16 cmemb=0;//连续空内存块数     u32 i;       if(!mallco_dev.memrdy)mallco_dev.init();	//未初始化,先执行初始化      if(size==0)return 0XFFFFFFFF;				//不需要分配     nmemb=size/memblksize;  					//获取需要分配的连续内存块数     if(size%memblksize)nmemb++;       for(offset=memtblsize-1;offset>=0;offset--)	//搜索整个内存控制区       {      		if(!mallco_dev.memmap[offset])cmemb++;	//连续空内存块数增加 		else cmemb=0;							//连续内存块清零 		if(cmemb==nmemb)						//找到了连续nmemb个空内存块 		{             for(i=0;i<nmemb;i++)  				//标注内存块非空              {                   mallco_dev.memmap[offset+i]=nmemb;               }               return (offset*memblksize);			//返回偏移地址   		}     }       return 0XFFFFFFFF;//未找到符合分配条件的内存块   }   //释放内存(内部调用)  //offset:内存地址偏移 //返回值:0,释放成功;1,释放失败;   u8 mem_free(u32 offset)   {       int i;       if(!mallco_dev.memrdy)//未初始化,先执行初始化 	{ 		mallco_dev.init();             return 1;//未初始化       }       if(offset<memsize)//偏移在内存池内.      {           int index=offset/memblksize;		//偏移所在内存块号码           int nmemb=mallco_dev.memmap[index];	//内存块数量         for(i=0;i<nmemb;i++)  				//内存块清零         {               mallco_dev.memmap[index+i]=0;           }         return 0;       }else return 2;//偏移超区了.   }   //释放内存(外部调用)  //ptr:内存首地址  void myfree(void *ptr)   {   	u32 offset;       if(ptr==NULL)return;//地址为0.    	offset=(u32)ptr-(u32)mallco_dev.membase;       mem_free(offset);	//释放内存      }   //分配内存(外部调用) //size:内存大小(字节) //返回值:分配到的内存首地址. void *mymalloc(u32 size)  //返回任意类型指针(或者说地址?) {       u32 offset;  									       	offset=mem_malloc(size);  	   				        if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL;       else return (void*)((u32)mallco_dev.membase+offset);   }   //重新分配内存(外部调用) //*ptr:旧内存首地址 //size:要分配的内存大小(字节) //返回值:新分配到的内存首地址. 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);	//拷贝旧内存内容到新内存            myfree(ptr);  											  	//释放旧内存         return (void*)((u32)mallco_dev.membase+offset);  			//返回新内存首地址     }   } 

主函数测试:

#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();	    	 //延时函数初始化	   	uart_init(9600);	 	//串口初始化为9600 	LED_Init();		  		//初始化与LED连接的硬件接口 	LCD_Init();			   	//初始化LCD	 	usmart_dev.init(72);	//初始化USMART	  	KEY_Init();				//按键初始化    	mem_init();				//初始化内存池 			      	POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色  	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,"ATOM@ALIENTEK"); 	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;//设置字体为蓝色   	LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"SRAM USED:   %");     	while(1) 	{	 		key=KEY_Scan(0);//不支持连按	 		switch(key) 		{ 			case 0:		//没有按键按下	 				break; 			case 1:		//KEY0按下 				p=mymalloc(2048);	//申请2K字节 				if(p!=NULL)sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);//向p写入一些内容 				break; 			case 2:		//KEY1按下	    				if(p!=NULL) 				{ 					sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);//更新显示内容 	  					LCD_ShowString(60,250,200,16,16,p);			 //显示P的内容 				} 				break; 			case 3:		//WK_UP按下	   				myfree(p);	//释放内存 				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);	//显示p的地址 			if(p)LCD_ShowString(60,250,200,16,16,p);//显示P的内容 		    else LCD_Fill(60,250,239,266,WHITE);	//p=0,清除显示 		} 		delay_ms(10);    		i++; 		if((i%20)==0)//DS0闪烁. 		{ 			LCD_ShowNum(60+80,190,mem_perused(),3,16);//显示内存使用率  			LED0=!LED0;  		} 	}	 	    }