使用Keil的MicroLIB时自动设置堆大小

只看该作者 · 2024-4-29 21:03

Keil编译项目，如果使用微库MicroLIB，就可以使用malloc。微库内部位置一个堆管理模块。
芯片的RAM大小是固定了的，前面分为全局变量，后面分给堆和栈，这是一般开发方式。
但是我们在开发项目的过程中，市场遇到各种各样问题，栈穿透到堆里面，或者堆不够大，相当烦人！
有时候就在想，何不让全局变量以外的所有RAM给堆栈共用？
因为堆从低到高分配，而栈从高到低分配，理论上是可行的！

但是堆的分配由__heap_base和__heap_limit两个标签决定，不是变量又不能改！

因为我们使用很多种芯片，每一种芯片的RAM大小都有可能不同。
而SmartOS追求跨平台，不想为不同芯片做太多设置。
之前我们已经实现了通过修改MSP把栈顶移到RAM最高处，这样子栈可以得到最大利用！
但是堆还是不好搞！

今晚再次遇到堆不够用的情况，__heap_limit如果分配过大，在小容量芯片就会出错。
忍无可忍，决定分析一下微库是怎么管理堆的。

首先打开项目编译后生成的链接地址映射文件Linker Address Map，我们这里是SmartOSF0_Debug.map
找到符号表段Global Symbols
__heap_base                            0x200005a0 Data          0  startup_stm32f0xx.o(HEAP)
__heap_limit                            0x200005a0 Data          0  startup_stm32f0xx.o(HEAP)
__initial_sp                            0x200005c0 Data          0  startup_stm32f0xx.o(STACK)
从这里可以看出，堆栈已经分配好了。

堆分配使用的是malloc函数，上图找到它位于Keil库文件mc_p.l中
我的目录是D:\Keil\ARM\ARMCC\lib\armlib

轮到法宝IDA上阵，选择malloc.o，太简单了，只有malloc/free两个函数
汇编图形界面如下：

手头的IDA没有ARM插件，否则一个F5就可以得到malloc的C源代码。
好好工作赚钱卖ARM插件吧。。。

没有工具辅助，那就自己来写吧！

上面是手工写的C代码，被注释的是最原始的汇编写法，然后逐步精简优化。
大概摸清楚了malloc的机制，关键点在于初始化那里，用到了__heap_limit
而__heap_limit作为常量被编译到Flash里面去了，内存里面无法动态修改。
实在没办法，只好字节写代码来接替它初始化整个堆了。
我写的初始化代码如下：

附上malloc/free代码，不完整，只能大概了解它的机制：
void free(void* p)
{
if(!p) return 0;

r3 = __microlib_freelist;
void* r2 = 0;
p -= 4;
void* r1 = *r3; // r1 = r3->node
while(r1)
{
      if(r1 > p) break;
      r2 = r1;
      r1 = *(r1 + 4); // r1 = r1->next
}
if(!r2)
      r3->node = p;
else
{
      r3 = *r2;
      r4 = p - r2;
      if(r4 != r3)
         *(r2 + 4) = p;
      else
      {
         p = *p;
         p += r3;

      }
}
}

typedef struct
{
uint size;
void* next;
} Node;

__microlib_freelist:
Node* _freelist;

__microlib_freelist_initialised:
int _freelist_initialised = 0;

void* malloc(int size)
{
/*r0 += 0x0b;
r0 >>= 3;
r0 <<= 3;*/
r1 = (size + 11) & 0xFFFFFFF8;
r7 = __microlib_freelist_initialised;
r6 = 0;

/*r2 = __microlib_freelist;
if(!*r2 && !*r7)*/
if(!_freelist && !_freelist_initialised)
{
      /*r2 = __microlib_freelist;
      r0 = __heap_base + 4;
      *r2 = r0;
      r2 = __heap_limit;
      r2 -= r0;
      r2 &= 0xFFFFFFF0;
      *r0 = r2;
      *(r0 + 4) = 0;
      *r7 = 1;*/

      _freelist = (Node*)(__heap_base + 4);
      _freelist->size = (__heap_limit - __heap_base - 4) & 0xFFFFFFF8;
      _freelist->next = 0;
      _freelist_initialised = 1;
}

//r2 = __microlib_freelist;
r0 = _freelist;
while(true)
{
      /*r0 = *r2;
      if(!r0)
      {
         r0 = r6;
         break;
      }*/
      //r0 = *r2;
      if(!r0) return 0;

      //r3 = *r0;
      r3 = r0->size;
      if(r3 <= r1) break;

      //r2 = r0 + 4;
      //r2 = r0->next;
      r0 = *(r0->next);
}
if(r3 <= r1)
{
      //r3 = *(r0 + 4);
      /*r3 = _freelist->next;
      *r2 = r3;*/
      _freelist->size = r1;
      _freelist = _freelist->next;
      return &;
}
else
{
      /*r4 = r3 - r1;
      r3 = r0 + r1;
      r5 = *(r0 + 4);
      *r3 = r4;
      r3 +=4 ;
      *(r3 + 4) = r5;
      r3 +=4 ;
      r3 -= 8;// 减8为了回到r3开始*/

      Node* lst = (void*)_freelist + r1;
      lst->size = _freelist->size - r1;
      lst->next = _freelist->next;

      _freelist->size = r1;
      _freelist = lst;

      return &lst->next;
}

return r0;
}