控制/MCU
本次给大家分享一位大佬写的应用于单片机内存管理模块mem_malloc,这个mem_malloc的使用不会产生内存碎片,可以高效利用单片机ram空间。
mem_malloc代码仓库:
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https://github.com/chenqy2018/mem_malloc
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mem_malloc介绍
一般单片机的内存都比较小,而且没有MMU,malloc 与free的使用容易造成内存碎片。而且可能因为空间不足而分配失败,从而导致系统崩溃,因此应该慎用,或者自己实现内存管理。
mem_malloc就是一个不会产生内存碎片的、适合单片机使用的内存管理模块。其与使用malloc的区别如:
「算法原理:」
定义一个数组作为动态分配的堆空间,低地址空间保存管理数据,高地址空间实际分配给用户的缓存(类似堆栈使用,分配是往中间靠拢),free时移动高地址用户空间(以时间换空间),使得未使用的空间都是连续的。
mem_malloc测试验证
下面以小熊派IOT开发板来做实验。
实验过程很简单。准备一份开发板带串口打印的工程,下载mem_malloc,把mem_malloc.c、mem_malloc.h复制到工程目录下,并添加到工程里:
然后进行编译,编译过程可能会报错:
..Srcmem_malloc.c(119): error: #852: expression must be a pointer to a complete object type
这份代码在不同编译器下编译情况不同。gcc下编译不会报错,在keil下编译报如上错误。
keil编译器更严格些。报错原因是对mem_block结构体的mem_ptr成员进行操作,而mem_ptr成员的类型是void*,而mem_ptr成员参与运算时的增、减偏移量取决于mem_ptr的类型,所以这里我们需要指定类型。
我们把相关报错代码修改如:
再次编译就正常了。
下面简单看一下mem_malloc的代码。
「mem_malloc.h:」
#ifndef __MEM_MALLOC_H__ #define __MEM_MALLOC_H__ #ifdef __cplusplus extern "C" { #endif #include#include #include #include #include #pragma pack(1) typedef struct mem_block { void *mem_ptr; unsigned int mem_size; unsigned int mem_index; }mem_block; #pragma pack() #define MEM_SIZE 128 void print_mem_info(void); void print_hex(char *data, int len); void print_mem_hex(int size); int mem_malloc(unsigned int msize); int mem_realloc(int id, unsigned int msize); void *mem_buffer(int id); int mem_free(int id); #ifdef __cplusplus } #endif #endif
「mem_malloc.c:」
暂不贴出,感兴趣的小伙伴可以在上面的仓库地址自行下载阅读。在本公众号后台回复:mem_malloc,进行获取。
下面对mem_malloc进行测试验证。
测试代码作者也有给出,这里我们简单测试即可,进行了一些删减及增加了一些注释:
#include "mem_malloc.h" char mem_id[10]={0}; // 10块内存块 void test_malloc(int i, int size) { printf("------test_malloc------- "); mem_id[i] = mem_malloc(size); if(mem_id[i] == 0) { printf("malloc --- fail "); printf("size=%d ", size); } else { char *p = mem_buffer(mem_id[i]); memset(p, i, size); printf("p = 0x%x, i=%d, id=%d, size=%d ", (int)p, i, mem_id[i], size); } print_mem_hex(MEM_SIZE); } void test_buffer(int i, int size) { printf("------test_buffer------- "); printf("i=%d, id = %d, size=%d ", i, mem_id[i], size); char *p = mem_buffer(mem_id[i]); if(p != NULL) { memset(p, 0xf0+i, size); print_mem_hex(MEM_SIZE); } else { printf("test_buffer---fail "); } } void test_realloc(int i, int size) { printf("------test_realloc------- "); printf("i=%d, id = %d, size=%d ", i, mem_id[i], size); int ret = mem_realloc(mem_id[i], size); if(ret) { char *p = mem_buffer(mem_id[i]); memset(p, 0xa0+i, size); print_mem_hex(MEM_SIZE); } else { printf("test_realloc---fail "); } } void test_free(int i) { printf("------test_free------- "); printf("i=%d, id = %d ", i, mem_id[i]); if(mem_free(mem_id[i])) print_mem_hex( MEM_SIZE); } void main(void) { print_mem_info(); // 打印内存信息 test_malloc(1, 10); // 给申请一块10个字节的内存,标记内存块id为1 test_malloc(2, 8); // 给申请一块8个字节的内存,标记内存块id为2 test_malloc(3, 20); // 给申请一块20个字节的内存,标记内存块id为2 test_free(2); // 释放id为2的内存块的内存 test_malloc(4, 70); // 申请一块70个字节的内存 test_free(1); // 释放id为1的内存块内存 test_buffer(3, 20); // 获取id为3的内存块地址,并往这个内存块重新写入0xf0+i的数据 test_realloc(3, 10); // 重新分配内存,并往这个内存块重新写入0xa0+i的数据 for(int i=0; i<10; i++) // 释放所有内存块内存,已释放的不再重新释放 test_free(i); }
运行结果及解析:
这里设定一个128字节的数组作为堆空间使用。其中数组前面存放的是申请到的内存块的信息,包括内存块地址、大小、索引信息,这三个数据各占4个字节,共12个字节。这里有设计到一个大小端模式的问题,STM32平台为小端模式,即数据的低位存储在内存的低地址中。
申请的内存块从128字节的尾部开始分配,再次申请的内存块依次往前移,释放的内存,则整体内存块往后移动,内存块之前不留空隙,即不产生内存碎片。
编辑:黄飞
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