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[KungFu8位 MCU] 单片机上内存管理（重定义malloc & free）de实现

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 楼主| merry_zsp 发表于 2019-5-28 22:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
单片机, 内存管理, 内存分配, start, 函数
在单片机上经常会需要用到像标准c库中的内存分配，可是单片机并没有内存管理机制，如果直接调用库函数（malloc,free...）,会导致内存碎片越用越多，很容易使系统崩溃掉，这里分享一个自己写的适用于单片机的内存分配方法，具备轻量级的内存管理能力，有效减少内存碎片，提高单片机系统工作稳定性。

   如下图，heap_start开始的地方，是我们存放用户数据的地方，在heap_end之前都是大小固定的一个个内存管理块，内存管理块用于记录每次用户申请内存的地址、大小、释放情况。在malloc时，会优先选择和用户申请空间最相当的内存块，以减少内存碎片产生。在free的内存块时，如果遇到相邻内存块均为空闲块时，便会将几块相邻的内存块合并成一块，以减少内存碎片。

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 楼主| merry_zsp 发表于 2019-5-28 22:13 | 显示全部楼层
alloc.c
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  1. /*
    

  2. ********************************************************************************
    

  3. *                                memory alloc
    

  4. *
    

  5. *                            (c) Copyright 2018-2020;
    

  6. *        All rights reserved.  Protected by international copyright laws.
    

  7. *
    

  8. *                                MEMORY ALLOC
    

  9. *
    

  10. * File    : mem_alloc.c
    

  11. * By      : Recahrd.Zhang
    

  12. * Version : V1.00
    

  13. *
    

  14. ********************************************************************************
    

  15. */
    

  16. #include <string.h>
    

  17. #include "mem_alloc.h"
    

  18. #include "debug.h"
    

  19.  
    

  20. #define MEM_ALLOC        1
    

  21. #if defined (MEM_ALLOC)&&MEM_ALLOC
    

  22. #define alloc_printf         printf
    

  23. #else
    

  24. #define alloc_printf(argv, ...)
    

  25. #endif
    

  26.  
    

  27. #define MEM_SIZE         2*1024             /*内存池的大小 2 KBytes*/
    

  28.  
    

  29. static    char mem[MEM_SIZE];                   /*定义用来内存分配的数组*/
    

  30.  
    

  31. #define MEM_START     &mem[0]                /*定义内存池的首地址*/
    

  32. #define MEM_END       &mem[MEM_SIZE]        /*定义内存池的尾地址*/
    

  33.  
    

  34. enum USE_STA{                            /*定义内存块的使用状态(UNUSED 未使用)，(USED 已使用)*/
    

  35.     UNUSED = 0,
    

  36.     USED   = 1
    

  37. };
    

  38.  
    

  39. #pragma pack(1)
    

  40. typedef struct mem_block{                /*定义内存管理块的数据结构*/
    

  41.     void             *mem_ptr;            /*当前内存块的内存地址*/
    

  42.     struct mem_block     *nxt_ptr;        /*下一个内存管理块的地址*/
    

  43.     unsigned int         mem_size;        /*当前内存块的大小*/
    

  44.     enum USE_STA        mem_sta;        /*当前内存块的状态*/
    

  45. }mem_block;
    

  46. #pragma pack()
    

  47.  
    

  48.  
    

  49. #define BLK_SIZE    sizeof(mem_block)    /*内存管理块的大小*/
    

  50. #define HEAD_NODE    (MEM_END - BLK_SIZE)/*头内存管理块的地址*/
    

  51.  
    

  52. static signed char  mem_init_flag = -1; /*内存分配系统初始化的标志(-1 未初始化),(1 已初始化)*/
    

  53.  
    

  54. /*
    

  55. ********************************************************************************
    

  56. *                                   内存分配系统初始化                    
    

  57. *
    

  58. * 描述    : 初始化内存分配系统，为malloc和free做好准备工作。
    

  59. *
    

  60. * 参数  : 无
    

  61. *
    

  62. * 返回  : 无
    

  63. ********************************************************************************
    

  64. */
    

  65. void mem_init(void)
    

  66. {
    

  67.     mem_block     *node;
    

  68.      
    

  69.     memset(mem,    0x00UL,    sizeof(mem));
    

  70.      
    

  71.     node = (mem_block     *)HEAD_NODE;
    

  72.     node->mem_ptr         =     MEM_START;
    

  73.     node->nxt_ptr         =     (mem_block *)HEAD_NODE;
    

  74.     node->mem_size        =     MEM_SIZE - BLK_SIZE;
    

  75.     node->mem_sta        =    UNUSED;
    

  76.      
    

  77.     mem_init_flag = 1;
    

  78. }
    

  79.  
    

  80. /*
    

  81. ********************************************************************************
    

  82. *                                   内存申请函数                    
    

  83. *
    

  84. * 描述    : 内存申请函数
    

  85. *
    

  86. * 参数  : nbytes    要申请的内存的字节数。
    

  87. *
    

  88. * 返回  : 成功        返回申请到的内存的首地址
    

  89. *          失败        返回NULL
    

  90. ********************************************************************************
    

  91. */
    

  92. static void *malloc(unsigned nbytes)
    

  93. {
    

  94.     unsigned int    suit_size = 0xFFFFFFFFUL;
    

  95.     mem_block     *head_node=NULL, *tmp_node=NULL, *suit_node=NULL;
    

  96.  
    

  97.     if(nbytes == 0)
    

  98.     {
    

  99.         alloc_printf("参数非法!\r\n");
    

  100.         return NULL;
    

  101.     }
    

  102.     if(mem_init_flag < 0)
    

  103.     {
    

  104.         alloc_printf("未初始化,先初始化.\r\n");
    

  105.         mem_init();
    

  106.     }
    

  107.      
    

  108.     head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
    

  109.     while(1)
    

  110.     {
    

  111.         if(tmp_node->mem_sta == UNUSED)
    

  112.         {
    

  113.             if(nbytes <= tmp_node->mem_size && tmp_node->mem_size < suit_size)
    

  114.             {
    

  115.                 suit_node = tmp_node;
    

  116.                 suit_size = suit_node->mem_size;
    

  117.             }
    

  118.         }
    

  119.         tmp_node = tmp_node->nxt_ptr;
    

  120.         if(tmp_node == head_node)
    

  121.         {
    

  122.             if(suit_node == NULL)
    

  123.             {
    

  124.                 alloc_printf("NULL\r\n");
    

  125.                 return NULL;
    

  126.             }
    

  127.             break;
    

  128.         }
    

  129.     }
    

  130.  
    

  131.     if(nbytes <= suit_node->mem_size && (nbytes + BLK_SIZE) >= suit_node->mem_size)
    

  132.     {
    

  133.         suit_node->mem_sta = USED;
    

  134.         return suit_node->mem_ptr;
    

  135.     }
    

  136.     else    if(suit_node->mem_size > (nbytes + BLK_SIZE))
    

  137.     {
    

  138.         tmp_node = suit_node->mem_ptr;
    

  139.         tmp_node = (mem_block *)((unsigned char *)tmp_node + nbytes);
    

  140.         tmp_node->mem_ptr  = suit_node->mem_ptr;
    

  141.         tmp_node->nxt_ptr  = suit_node->nxt_ptr;
    

  142.         tmp_node->mem_size = nbytes;
    

  143.         tmp_node->mem_sta  = USED;
    

  144.          
    

  145.         suit_node->mem_ptr      = (mem_block *)((unsigned char *)tmp_node + BLK_SIZE);
    

  146.         suit_node->nxt_ptr   =  tmp_node;
    

  147.         suit_node->mem_size -= (nbytes + BLK_SIZE);
    

  148.         suit_node->mem_sta   = UNUSED;
    

  149.          
    

  150.         return tmp_node->mem_ptr;
    

  151.     }
    

  152.     else
    

  153.     {
    

  154.         alloc_printf("%s,size err!\r\n",__FUNCTION__);
    

  155.     }
    

  156.      
    

  157.     return NULL;
    

  158. }
    

  159.  
    

  160. /*
    

  161. ********************************************************************************
    

  162. *                                   内存释放函数                    
    

  163. *
    

  164. * 描述    : 内存释放函数
    

  165. *
    

  166. * 参数  : ap        要释放的内存块的指针。
    

  167. *
    

  168. * 返回  : 无
    

  169. ********************************************************************************
    

  170. */
    

  171. static void free(void *ap)
    

  172. {
    

  173.     mem_block     *head_node, *tmp_node, *nxt_node;
    

  174.      
    

  175.     if(ap == NULL)
    

  176.         return;
    

  177.     if(mem_init_flag < 0)
    

  178.     {
    

  179.         return;
    

  180.     }
    

  181.     head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
    

  182.     while(1)
    

  183.     {
    

  184.         if(tmp_node->mem_ptr == ap)
    

  185.         {
    

  186.             if(tmp_node->mem_sta != UNUSED)
    

  187.             {
    

  188.                 tmp_node->mem_sta = UNUSED;
    

  189.                 break;
    

  190.             }
    

  191.             else
    

  192.             {
    

  193.                 alloc_printf("ap:0x%08x 已经释放,无需再次释放\r\n",ap);
    

  194.                 return;
    

  195.             }
    

  196.         }
    

  197.          
    

  198.         tmp_node = tmp_node->nxt_ptr;
    

  199.         if(tmp_node == head_node)
    

  200.         {
    

  201.             alloc_printf("%s,can not found ap!\r\n",__FUNCTION__);
    

  202.             return ;
    

  203.         }
    

  204.     }
    

  205.  
    

  206. AGAIN:   
    

  207.     head_node = tmp_node = (mem_block *)HEAD_NODE;
    

  208.     while(1)
    

  209.     {
    

  210.         nxt_node = tmp_node->nxt_ptr;
    

  211.         if(nxt_node == head_node)
    

  212.         {
    

  213.             break;
    

  214.         }
    

  215.         if(tmp_node->mem_sta == UNUSED && nxt_node->mem_sta == UNUSED)
    

  216.         {
    

  217.             tmp_node->mem_ptr     = nxt_node->mem_ptr;
    

  218.             tmp_node->nxt_ptr     = nxt_node->nxt_ptr;
    

  219.             tmp_node->mem_size += nxt_node->mem_size + BLK_SIZE;
    

  220.             tmp_node->mem_sta    =  UNUSED;
    

  221.              
    

  222.             goto AGAIN;
    

  223.         }
    

  224.         tmp_node = nxt_node;
    

  225.     }
    

  226. }
    

  227.  
    

  228. void *m_malloc(unsigned nbytes)
    

  229. {
    

  230.     return malloc(nbytes);
    

  231. }
    

  232.  
    

  233. void m_free(void *ap)
    

  234. {
    

  235.     free(ap);
    

  236. }
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 楼主| merry_zsp 发表于 2019-5-28 22:13 | 显示全部楼层
alloc.h
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  1. #ifndef __MEM_ALLOC_H__
    

  2. #define __MEM_ALLOC_H__
    


  3. 

  4. void *m_malloc(unsigned nbytes);
    

  5. void  m_free(void *ap);
    


  6. 

  7. #endif
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 楼主| merry_zsp 发表于 2019-5-28 22:14 | 显示全部楼层
test.c：
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  1. #ifndef __MEM_ALLOC_H__
    

  2. #define __MEM_ALLOC_H__
    


  3. 

  4. void *m_malloc(unsigned nbytes);
    

  5. void  m_free(void *ap);
    


  6. 

  7. #endif
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