資料來(lái)源于硬件家園：資料匯總 - FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)課程(多任務(wù)管理)

目錄

一、動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理介紹

1、heap_1

2、heap_2

3、heap_3

4、heap_4

5、heap_5

二、動(dòng)態(tài)內(nèi)存總結(jié)與應(yīng)用

1、heap_1

2、heap_4

3、heap_5

三、內(nèi)存管理編程測(cè)試

1、heap_4

2、heap_1

3、heap_5

一、動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理介紹

動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理是 FreeRTOS 非常重要的一項(xiàng)功能，前面章節(jié)講解的任務(wù)創(chuàng)建、信號(hào)量、消息隊(duì)列、事件標(biāo)志組、互斥信號(hào)量、軟件定時(shí)器組等需要的 RAM 空間都是通過(guò)動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理從 FreeRTOSConfig.h 文件定義的 heap 空間中申請(qǐng)的。

FreeRTOS 支持 5 種動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方案，分別通過(guò)文件 heap_1，heap_2，heap_3，heap_4 和 heap_5實(shí)現(xiàn)。

1、heap_1

heap_1 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式是五種動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式中最簡(jiǎn)單的，這種方式的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理一旦申請(qǐng)了相應(yīng)內(nèi)存后，是不允許被釋放的。

盡管如此，這種方式的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理還是滿(mǎn)足大部分嵌入式應(yīng)用的，因?yàn)檫@種嵌入式應(yīng)用在系統(tǒng)啟動(dòng)階段就完成了任務(wù)創(chuàng)建、事件標(biāo)志組、信號(hào)量、消息隊(duì)列等資源的創(chuàng)建，而且這些資源是整個(gè)嵌入式應(yīng)用過(guò)程中一直要使用的，所以也就不需要?jiǎng)h除，不需要釋放內(nèi)存。

2、heap_2

與 heap_1 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式不同，heap_2 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理利用了最適應(yīng)算法，并且支持內(nèi)存釋放。但是 heap_2 不支持內(nèi)存碎片整理，動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式heap_4 支持內(nèi)存碎片整理。

3、heap_3

這種方式實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理是對(duì)編譯器提供的 malloc 和 free 函數(shù)進(jìn)行了封裝，保證是線程安全的。

4、heap_4

與 heap_2 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式不同，heap_4 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理利用了最適應(yīng)算法，且支持內(nèi)存碎片的回收并將其整理為一個(gè)大的內(nèi)存塊。

5、heap_5

有時(shí)候我們希望 FreeRTOSConfig.h 文件中定義的 heap 空間可以采用不連續(xù)的內(nèi)存區(qū)，比如我們希望可以將其定義在內(nèi)部 SRAM 一部分，外部 SRAM 一部分，此時(shí)我們就可以采用 heap_5 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式。另外，heap_5 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理是在 heap_4 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。

二、動(dòng)態(tài)內(nèi)存總結(jié)與應(yīng)用

五種動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理方式簡(jiǎn)單總結(jié)如下，實(shí)際項(xiàng)目中，用戶(hù)根據(jù)需要選擇合適的：

heap_1：五種方式里面最簡(jiǎn)單的，但是申請(qǐng)的內(nèi)存不允許釋放

heap_2：支持動(dòng)態(tài)內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放，但是不支持內(nèi)存碎片的處理

heap_3：將編譯器自帶的 malloc 和 free 函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的封裝

heap_4：支持動(dòng)態(tài)內(nèi)存的申請(qǐng)和釋放，支持內(nèi)存碎片處理

heap_5：在 heap_4 的基礎(chǔ)上支持將動(dòng)態(tài)內(nèi)存設(shè)置在不連續(xù)的區(qū)域上

1、heap_1

FreeRTOS 的動(dòng)態(tài)內(nèi)存大小在 FreeRTOSConfig.h 文件中進(jìn)行了定義：

#define configTOTAL_HEAP_SIZE??( ( size_t ) ( 17 * 1024 ) ) //單位字節(jié)

用戶(hù)通過(guò)函數(shù) xPortGetFreeHeapSize 就能獲得 FreeRTOS 動(dòng)態(tài)內(nèi)存的剩余，進(jìn)而可以根據(jù)剩余情況優(yōu)化動(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小。

heap_1 方式的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理有以下特點(diǎn)：

①?項(xiàng)目應(yīng)用不需要?jiǎng)h除任務(wù)、信號(hào)量、消息隊(duì)列等已經(jīng)創(chuàng)建的資源。

②?具有時(shí)間確定性，即申請(qǐng)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的時(shí)間是固定的并且不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

③?確切的說(shuō)這是一種靜態(tài)內(nèi)存分配，因?yàn)樯暾?qǐng)的內(nèi)存是不允許被釋放掉的。

2、heap_4

FreeRTOS 的動(dòng)態(tài)內(nèi)存大小在 FreeRTOSConfig.h 文件中進(jìn)行了定義：

#define configTOTAL_HEAP_SIZE??( ( size_t ) ( 17 * 1024?) ) //單位字節(jié)

用戶(hù)通過(guò)函數(shù) xPortGetFreeHeapSize 就能獲得 FreeRTOS 動(dòng)態(tài)內(nèi)存的剩余，但是不提供動(dòng)態(tài)內(nèi)存是如何被分配成各個(gè)小內(nèi)存塊的信息。使用函數(shù) xPortGetMinimumEverFreeHeapSize 能夠獲取從系統(tǒng)啟動(dòng)到當(dāng)前時(shí)刻的動(dòng)態(tài)內(nèi)存最小剩余，從而用戶(hù)就可以根據(jù)剩余情況優(yōu)化動(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小。

heap_4 方式的動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理有以下特點(diǎn)：

①?可以用于需要重復(fù)的創(chuàng)建和刪任務(wù)、信號(hào)量、事件標(biāo)志組、軟件定時(shí)器等內(nèi)部資源的場(chǎng)合。

②?隨機(jī)的調(diào)用?pvPortMalloc() 和 vPortFree()，且每次申請(qǐng)的大小都不同，也不會(huì)像 heap_2 那樣產(chǎn)生很多的內(nèi)存碎片。

③?不具有時(shí)間確定性，即申請(qǐng)動(dòng)態(tài)內(nèi)存的時(shí)間不是確定的

3、heap_5

heap_5 動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理是通過(guò)函數(shù) vPortDefineHeapRegions 進(jìn)行初始化的，也就是說(shuō)用戶(hù)在創(chuàng)建任務(wù) FreeRTOS 的內(nèi)部資源前要優(yōu)先級(jí)調(diào)用這個(gè)函數(shù) vPortDefineHeapRegions，否則是無(wú)法通過(guò)函數(shù)pvPortMalloc 申請(qǐng)到動(dòng)態(tài)內(nèi)存的。

函數(shù) vPortDefineHeapRegions 定義不同段的內(nèi)存空間采用了下面這種結(jié)構(gòu)體：

定義的時(shí)候要注意兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是內(nèi)存段結(jié)束時(shí)要定義 NULL。另一個(gè)是內(nèi)存段的地址是從低地址到高地址排列。

用戶(hù)通過(guò)函數(shù) xPortGetFreeHeapSize 就能獲得 FreeRTOS 動(dòng)態(tài)內(nèi)存的剩余，但是不提供動(dòng)態(tài)內(nèi)存是如何被分配成各個(gè)小內(nèi)存塊的信息。使用函數(shù) xPortGetMinimumEverFreeHeapSize 能夠獲取從系統(tǒng)啟動(dòng)到當(dāng)前時(shí)刻的動(dòng)態(tài)內(nèi)存最小剩余，從而用戶(hù)就可以根據(jù)剩余情況優(yōu)化動(dòng)態(tài)內(nèi)存的大小。

三、內(nèi)存管理編程測(cè)試

分別測(cè)試heap_4，heap_1與heap_5。

1、heap_4

	  if(KeyCode==KEY0){sprintf(buff,"當(dāng)前剩余動(dòng)態(tài)內(nèi)存大小 %u Bytes\r\n",xPortGetFreeHeapSize());HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buff,strlen(buff), HAL_MAX_DELAY);sprintf(buff,"系統(tǒng)啟動(dòng)至當(dāng)前時(shí)刻的動(dòng)態(tài)內(nèi)存最小剩余 %u Bytes\r\n",xPortGetMinimumEverFreeHeapSize());HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buff,strlen(buff), HAL_MAX_DELAY);}

輸出內(nèi)存信息：

2、heap_1

	  if(KeyCode==KEY0){sprintf(buff,"當(dāng)前剩余動(dòng)態(tài)內(nèi)存大小 %u Bytes\r\n",xPortGetFreeHeapSize());HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buff,strlen(buff), HAL_MAX_DELAY);//sprintf(buff,"系統(tǒng)啟動(dòng)至當(dāng)前時(shí)刻的動(dòng)態(tài)內(nèi)存最小剩余 %u Bytes\r\n",xPortGetMinimumEverFreeHeapSize());//HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buff,strlen(buff), HAL_MAX_DELAY);}

?

如果調(diào)用vPortFree()函數(shù)釋放內(nèi)存，系統(tǒng)會(huì)死機(jī)，heap_1內(nèi)存管理方案不支持內(nèi)存釋放，導(dǎo)致死機(jī)，

3、heap_5

定義內(nèi)存區(qū)域：

  /* USER CODE BEGIN Init */HeapRegion_t xHeapRegions[]={{(uint8_t*)0x2000B000UL,0x1400},//5K{(uint8_t*)0x2000D800UL,0x2800},//10K{NULL,0}};vPortDefineHeapRegions(xHeapRegions);/* USER CODE END Init */

	  if(KeyCode==KEY0){sprintf(buff,"當(dāng)前剩余動(dòng)態(tài)內(nèi)存大小 %u Bytes\r\n",xPortGetFreeHeapSize());HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buff,strlen(buff), HAL_MAX_DELAY);sprintf(buff,"系統(tǒng)啟動(dòng)至當(dāng)前時(shí)刻的動(dòng)態(tài)內(nèi)存最小剩余 %u Bytes\r\n",xPortGetMinimumEverFreeHeapSize());HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buff,strlen(buff), HAL_MAX_DELAY);}

輸出內(nèi)存信息：