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本文介绍内存管理的基础知识,详细源码分析见《 FreeRTOS高级篇7---FreeRTOS内存管理分析》 FreeRTOS提供了几个内存堆管理方案,有复杂的也有简单的。其中最简单的管理策略也能满足很多应用的要求,比如对安全要求高的应用,这些应用根本不允许动态内存分配的。 FreeRTOS也允许你自己实现内存堆管理,甚至允许你同时使用两种内存堆管理方案。同时实现两种内存堆允许任务堆栈和其它RTOS对象放置到快速的内部RAM,应用数据放置到低速的外部RAM。 每当创建任务、队列、互斥量、软件定时器、信号量或事件组时,RTOS内核会为它们分配RAM。标准函数库中的malloc()和free()函数有些时候能够用于完成这个任务,但是:
- 在嵌入式系统中,它们并不总是可以使用的;
- 它们会占用更多宝贵的代码空间;
- 它们没有线程保护;
- 它们不具有确定性(每次调用执行的时间可能会不同);
因此,提供一个替代的内存分配方案通常是必要的。 嵌入式/实时系统具有千差万别的RAM和时间要求,因此一个RAM内存分配算法可能仅属于一个应用的子集。 为了避免这个问题,FreeRTOS在移植层保留内存分配API函数。移植层在RTOS核心代码源文件之外(不属于核心源代码),这使得不同的应用程序可以提供适合自己的应用实现。当RTOS内核需要RAM时,调用pvPortMallo()函数来代替malloc()函数。当RAM要被释放时,调用vPortFree()函数来代替free()函数。 FreeRTOS下载包中提供5种简单的内存分配实现,本文稍后会进行描述。用户可以适当的选择其中的一个,也可以自己设计内存分配策略。 FreeRTOS提供的内存分配方案分别位于不同的源文件(heap_1.c、heap_2.c、heap_3.c、heap_4.c、heap_5.c)之中,源文件位于下载包\FreeRTOS\Source\portable\MemMang文件夹中。其它实现方法可以根据需要增加。如果要使用FreeRTOS提供的内存堆分配方案,选中的源文件必须被正确的包含到工程文件中。 1.heap_1.c 这是所有实现中最简单的一个。一旦分配内存之后,它甚至不允许释放分配的内存。尽管这样,heap_1.c还是适用于大部分嵌入式应用程序。这是因为大多数深度嵌入式(deeplyembedded)应用只是在系统启动时创建所有任务、队列、信号量等,并且直到程序结束都会一直使用它们,永远不需要删除。 当需要分配RAM时,这个内存分配方案只是简单的将一个大数组细分出一个子集来。大数组的容量大小通过FreeRTOSConfig.h文件中的configTOTAL_HEAP_SIZE宏来设置。 API函数xPortGetFreeHeapSize()返回未分配的堆栈空间总大小,可以通过这个函数返回值对configTOTAL_HEAP_SIZE进行合理的设置。 heap_1功能简介:
- 用于从不会删除任务、队列、信号量、互斥量等的应用程序(实际上大多数使用FreeRTOS的应用程序都符合这个条件)
- 执行时间是确定的并且不会产生内存碎片
- 实现和分配过程非常简单,需要的内存是从一个静态数组中分配的,意味着这种内存分配通常只是适用于那些不进行动态内存分配的应用。
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