使用Keil的MicroLIB时自动设置堆大小

只看该作者 · 2024-5-30 17:04

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。

复制

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;

}