干货 | 分享一个实用的可应用于单片机的内存管理模块

Posted 2021-07-28 嵌入式大杂烩

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了干货 | 分享一个实用的可应用于单片机的内存管理模块相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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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：

❝
https://github.com/chenqy2018/mem_malloc
❞

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：

..\\Src\\mem_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 <stdio.h> 
#include <stdint.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdarg.h>

#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-------\\n");
 mem_id[i] = mem_malloc(size);
 if(mem_id[i] == 0)
 {
  printf("malloc --- fail\\n");
  printf("size=%d\\n", size);
 }
 else
 {
  char *p = mem_buffer(mem_id[i]);
        memset(p, i, size);
        printf("p = 0x%x, i=%d, id=%d, size=%d\\n", (int)p, i, mem_id[i], size);
 }
 print_mem_hex(MEM_SIZE);
}

void test_buffer(int i, int size)
{
 printf("------test_buffer-------\\n");
 printf("i=%d, id = %d, size=%d\\n", 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\\n");
 }
}

void test_realloc(int i, int size)
{
 printf("------test_realloc-------\\n");
    printf("i=%d, id = %d, size=%d\\n", 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\\n");
 }
}

void test_free(int i)
{
 printf("------test_free-------\\n");
 printf("i=%d, id = %d\\n", 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。

以上就是本次的分享，如有错误，欢迎指出，谢谢！