当前位置:首页 > 公众号精选 > 华清远见武汉中心
[导读]在嵌入式裸机编程中,作为一名初级的CODER。经常要与CPU、内存等打交道。CPU作为系统的动力源,其重要程度不言而喻。但在裸机编程中,对内存的管理也不容忽视。如果稍微不注意,轻则,可能造成内存泄漏,重则造成内存访问异常。


在嵌入式裸机编程中,作为一名初级的CODER。经常要与CPU、内存等打交道。CPU作为系统的动力源,其重要程度不言而喻。

但是,在裸机编程中,对内存的管理也不容忽视。如果稍微不注意,轻则,可能造成内存泄漏,重则造成内存访问异常。导致系统死机。

嵌入式产品,对稳定性要求及其严格。动不动就死机,那可就麻烦大了。以下,是我本人对嵌入式系统裸机编程的内存管理的一些简介。





1、尽量不使用库自带的malloc和free。


malloc和free在PC编程中是很好用的一种内存分配手段。但是,其在嵌入式中,就未必好用了。由于嵌入式裸机编程中,无MMU,即内存管理单元。无法实现对内存进行动态映射(不明白什么叫动态映射的同学,可以参考网上的资料)。
也就是说,实际上,malloc和free并不能实现动态的内存的管理。这需要在启动阶段专门给其分配一段空闲的内存区域作为malloc的内存区。如STM32中的启动文件startup_stm32f10x_md.s中可见以下信息:

Heap_Size EQU 0x00000800AREA HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3__heap_baseHeap_Mem SPACE Heap_Size__heap_limit

其中,Heap_Size即定义一个宏定义。数值为 0x00000800。Heap_Mem则为申请一块连续的内存,大小为 Heap_Size。简化为C语言版本如下:

#define Heap_Size 0x00000800unsigned char Heap_Mem[Heap_Size] = {0};

在这里申请的这块内存,在接下来的代码中,被注册进系统中给malloc和free函数所使用:

__user_initial_stackheapLDR R0, = Heap_Mem ; 返回系统中堆内存起始地址LDR R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)LDR R2, = (Heap_Mem + Heap_Size); 返回系统中堆内存的结束地址LDR R3, = Stack_MemBX LR

就如上面分析的那样,其实,在裸机编程的时候,对堆内存的管理。并非是智能化的,并非你想申请多少就多少。而是使用一块固定的内存用作堆内存的分配。这在设计的时候,往往不是最佳的方案。这块内存,如果被多次按照不同的大小进行申请,就会造成内存碎片。最终导致无法申请到足够的内存。导致系统运行出错。这在原本内存就已经很少的嵌入式系统中,更是不能接受的。所以,建议是把那个Heap_Size设置成 0 吧。放弃其使用吧。

而更为致命的是,有些malloc,free函数,由于工程人员的偷懒。实现甚至可能如下:

unsigned char mem_buffer[512];unsigned char *mem_offset = & mem_buffer;void *malloc(int size){unsigned char *tmp = mem_offset; mem_offset += size;return (void *)tmp;}void free(void *mem){ mem_offset = mem;}





2、不用malloc、free的原因


一般单片机的内存都比较小,而且没有MMU,malloc 与free的使用容易造成内存碎片。而且可能因为空间不足而分配失败,从而导致系统崩溃,因此应该慎用,或者自己实现内存管理。如: 《一个简单而强大的单片机内存管理器》

在函数中使用malloc,如果是大的内存分配,而且malloc与free的次数也不是特别频繁,使用malloc与free是比较合适的,但是如果内存分配比较小,而且次数特别频繁,那么使用malloc与free就有些不太合适了。

因为过多的malloc与free容易造成内存碎片,致使可使用的堆内存变小。尤其是在对单片机等没有MMU的芯片编程时,慎用malloc与free。如果需要对内存的频繁操作,可以自己实现一个内存管理。

使用动态内存分配,应分不同的应用场合。

对于在操作系统上运行的程序,实际的物理内存分配与释放使用操作系统来实现的,即使程序调用了 malloc和free物理内存并不会马上变化。物理内存的变化,直到系统的内存管理操作时才发生。

对于裸机跑在MCU上的程序,分配与释放内存都会造成实际物理内存的变化。因为此时物理内存的分配是由自己实现的,而内存管理我们自己并没有去做。这样,盲目的使用malloc与free恰恰并不好,反而会造成内存的不恰当使用。甚至于内存溢出。

所以,动态内存的使用前提是有一套好的内存管理方法,这样动态内存的使用才会合理使用内存。如果没有合适的内存管理代码,还是用静态内存好一些。





3、 更好的替代方案:内存池。


可能有些同学,觉得:内存池,这是什么东西?

内存池,简洁地来说,就是预先分配一块固定大小的内存。以后,要申请固定大小的内存的时候,即可从该内存池中申请。用完了,自然要放回去。注意,内存池,每次申请都只能申请固定大小的内存。这样子做,有很多好处:

(1)每次动态内存申请的大小都是固定的,可以有效防止内存碎片化。(至于为什么,可以想想,每次申请的都是固定的大小,回收也是固定的大小)

(2)效率高,不需要复杂的内存分配算法来实现。申请,释放的时间复杂度,可以做到O(1)。

(3)实现简单,易用。

(4)内存的申请,释放都在可控的范围之内。不会出现以后运行着,运行着,就再也申请不到内存的情况。

内存池,并非什么很厉害的技术。实现起来,其实可以做到很简单。只需要一个链表即可。在初始化的时候,把全局变量申请来的内存,一个个放入该链表中。在申请的时候,只需要取出头部并返回即可。在释放的时候,只需要把该内存插入链表。以下是一种简单的例子(使用移植来的linux内核链表,对该链表的移植,以后有时间再去分析):

#define MEM_BUFFER_LEN 5 //内存块的数量#define MEM_BUFFER_SIZE 256 //每块内存的大小
//内存池的描述,使用联合体,体现穷人的智慧。就如,我一同学说的:一个字节,恨不得掰成8个字节来用。typedef union mem {struct list_head list;unsigned char buffer[MEM_BUFFER_SIZE];}mem_t;
static union mem gmem[MEM_BUFFER_LEN];
LIST_HEAD(mem_pool);
//分配内存void *mem_pop(){ union mem *ret = NULL; psr_t psr;
psr = ENTER_CRITICAL(); if(!list_empty(&mem_pool)) { //有可用的内存池 ret = list_first_entry(&mem_pool, union mem, list); //printf("mem_pool = 0x%p ret = 0x%p\n", &mem_pool, &ret->list); list_del(&ret->list); } EXIT_CRITICAL(psr); return ret;//->buffer;}

//回收内存void mem_push(void *mem){ union mem *tmp = NULL; psr_t psr;
tmp = (void *)mem;//container_of(mem, struct mem, buffer); psr = ENTER_CRITICAL(); list_add(&tmp->list, &mem_pool); //printf("free = 0x%p\n", &tmp->list);
EXIT_CRITICAL(psr);}
//初始化内存池void mem_pool_init(){ int i; psr_t psr; psr = ENTER_CRITICAL(); for(i=0; i list_add(&(gmem[i].list), &mem_pool); //printf("add mem 0x%p\n", &(gmem[i].list)); } EXIT_CRITICAL(psr);}


免责声明:本文内容来源于网络,文章版权归原作者所有,意在传播相关技术知识&行业趋势,供大家学习交流,若涉及作品版权问题,请联系删除或授权事宜。


End



关于华清远见

华清远见武汉中心位于武汉市洪山区武汉工程大学(武昌校区)科技孵化器11 楼,学生的食宿与活动十分便捷,实验设备、师资力量、教学管理等方面全国一流。武汉中心拥有专业级讲师及资深工程师, 师资力量雄厚;拥有国内最先进的人工智能、云/大数据等开发硬件专业实验设备,其中85%以上的实验设备由华清远见自主研发;拥有以人为本的高级班主任老师,科学的教学管理制度。主要课程有嵌入式人工智能、Java大数据开发、Html5全栈开发、Python+人工智能等,并为每一位学员提供专业的就业指导,高薪就业的学员不计其数,做良心教育,做专业教育,做受人尊敬的职业教育。


 微信搜一搜
华清远见武汉中心
点分享
点点赞
点在看

免责声明:本文内容由21ic获得授权后发布,版权归原作者所有,本平台仅提供信息存储服务。文章仅代表作者个人观点,不代表本平台立场,如有问题,请联系我们,谢谢!

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

9月2日消息,不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司,随着阿维塔和赛力斯的入局,华为引望愈发显得引人瞩目。

关键字: 阿维塔 塞力斯 华为

加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日 /美通社/ -- 数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布,该公司与Amazon Web Services (AWS)签订了...

关键字: AWS AN BSP 数字化

伦敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODA V,这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具,可用于创建软件定义汽车。 SODA V工具的开发耗时1.5...

关键字: 汽车 人工智能 智能驱动 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行,同时企业却面临越来越多业务中断的风险,如企业系统复杂性的增加,频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性,提升韧性,成...

关键字: 亚马逊 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,据媒体报道,腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。

关键字: 腾讯 编码器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行,华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。

关键字: 华为 12nm EDA 半导体

8月28日消息,在2024中国国际大数据产业博览会上,华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称,数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。

关键字: 华为 12nm 手机 卫星通信

要点: 有效应对环境变化,经营业绩稳中有升 落实提质增效举措,毛利润率延续升势 战略布局成效显著,战新业务引领增长 以科技创新为引领,提升企业核心竞争力 坚持高质量发展策略,塑强核心竞争优势...

关键字: 通信 BSP 电信运营商 数字经济

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。 活动现场 NVI技术创新联...

关键字: VI 传输协议 音频 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上,软通动力信息技术(集团)股份有限公司(以下简称"软通动力")与长三角投资(上海)有限...

关键字: BSP 信息技术
关闭
关闭