μC/OS-II的內存管理

我們知道，在ANSIC中可以用malloc()和free()兩個函數(shù)動態(tài)地分配內存和釋放內存。但

是，在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，多次這樣做會把原來很大的一塊連續(xù)內存區(qū)域，逐漸地分割成

許多非常小而且彼此又不相鄰的內存區(qū)域，也就是內存碎片。由于這些碎片的大量存在，使得

程序到后來連非常小的內存也分配不到。在4.02節(jié)的任務堆棧中，我們講到過用malloc()函

數(shù)來分配堆棧時，曾經(jīng)討論過內存碎片的問題。另外，由于內存管理算法的原因，malloc()和

free()函數(shù)執(zhí)行時間是不確定的。

在μC/OS-II中，操作系統(tǒng)把連續(xù)的大塊內存按分區(qū)來管理。每個分區(qū)中包含有整數(shù)個大小相同

的內存塊，如同圖F7.1。利用這種機制，μC/OS-II對malloc()和free()函數(shù)進行了改進，使

得它們可以分配和釋放固定大小的內存塊。這樣一來，malloc()和free()函數(shù)的執(zhí)行時間也是

固定的了。

如圖F7.2，在一個系統(tǒng)中可以有多個內存分區(qū)。這樣，用戶的應用程序就可以從不同的內存

分區(qū)中得到不同大小的內存塊。但是，特定的內存塊在釋放時必須重新放回它以前所屬于的內

存分區(qū)。顯然，采用這樣的內存管理算法，上面的內存碎片問題就得到了解決。

圖F7.1內存分區(qū)——Figure7.1

圖F7.2多個內存分區(qū)——Figure7.2

內存控制塊

為了便于內存的管理，在μC/OS-II中使用內存控制塊(memorycONtrolblocks)的數(shù)據(jù)結構來跟蹤每一個內存分區(qū)，系統(tǒng)中的每個內存分區(qū)都有它自己的內存控制塊。程序清單L7.1是內存控制塊的定義。

程序清單L7.1內存控制塊的數(shù)據(jù)結構

typedefSTruct{

void*OSMemAddr;

void*OSMemFreeList;

INT32UOSMemBlkSize;

INT32UOSMemNBlks;

INT32UOSMemNFree;

}OS_MEM;

.OSMemAddr是指向內存分區(qū)起始地址的指針。它在建立內存分區(qū)[見7.1節(jié)，建立一個內存分區(qū)，OSMemCreate()]時被初始化，在此之后就不能更改了。

.OSMemFreeList是指向下一個空閑內存控制塊或者下一個空閑的內存塊的指針，具體含義要根據(jù)該內存分區(qū)是否已經(jīng)建立來決定[見7.1節(jié)]。

.OSMemBlkSize 是內存分區(qū)中內存塊的大小，是用戶建立該內存分區(qū)時指定的[見7.1節(jié)]。

.OSMemNBlks是內存分區(qū)中總的內存塊數(shù)量，也是用戶建立該內存分區(qū)時指定的[見7.1節(jié)]。

.OSMemNFree是內存分區(qū)中當前可以得空閑內存塊數(shù)量。

如果要在μC/OS-II中使用內存管理，需要在OS_CFG.H文件中將開關量OS_MEM_EN設置為1。這樣μC/OS-II在啟動時就會對內存管理器進行初始化[由OSInit()調用OSMemInit()實現(xiàn)]。該初始化主要建立一個圖F7.3所示的內存控制塊鏈表，其中的常數(shù)OS_MAX_MEM_PART(見文件OS_CFG.H)定義了最大的內存分區(qū)數(shù)，該常數(shù)值至少應為2。

圖F7.3空閑內存控制塊鏈表——Figure7.3

建立一個內存分區(qū)，OSMemCreate()在使用一個內存分區(qū)之前，必須先建立該內存分區(qū)。這個操作可以通過調用OSMemCreate()函數(shù)來完成。程序清單L7.2說明了如何建立一個含有100個內存塊、每個內存塊32字節(jié)的內存分區(qū)。

程序清單L7.2建立一個內存分區(qū)

OS_MEM*CommTxBuf;

INT8UCommTxPart[100][32];

voidmain(void)

{

INT8Uerr;

OSInit();

.

.

CommTxBuf=OSMemCreate(CommTxPart,100,32,err);

.

.

OSStart();

}

程序清單L7.3是OSMemCreate()函數(shù)的源代碼。該函數(shù)共有4個參數(shù)：內存分區(qū)的起始地址、分區(qū)內的內存塊總塊數(shù)、每個內存塊的字節(jié)數(shù)和一個指向錯誤信息代碼的指針。如果OSMemCreate()操作失敗，它將返回一個NULL指針。否則，它將返回一個指向內存控制塊的指針。對內存管理的其它操作，象OSMemGet()，OSMemPut()，OSMemQuery()函數(shù)等，都要通過該指針進行。

每個內存分區(qū)必須含有至少兩個內存塊[L7.3(1)]，每個內存塊至少為一個指針的大小，因為同一分區(qū)中的所有空閑內存塊是由指針串聯(lián)起來的[L7.3(2)]。接著，OSMemCreate()從系統(tǒng)中的空閑內存控制塊中取得一個內存控制塊[L7.3(3)]，該內存控制塊包含相應內存分區(qū)的運行信息。OSMemCreate()必須在有空閑內存控制塊可用的情況下才能建立一個內存分區(qū)[L7.3(4)]。在上述條件均得到滿足時，所要建立的內存分區(qū)內的所有內存塊被鏈接成一個單向的鏈表[L7.3(5)]。然后，在對應的內存控制塊中填寫相應的信息[L7.3(6)]。完成上述各動作后，OSMemCreate()返回指向該內存塊的指針。該指針在以后對內存塊的操作中使用[L7.3(6)]。

程序清單L7.3OSMemCreate()

OS_MEM*OSMemCreate(void*addr,INT32Unblks,INT32Ublksize,INT8U*err)

{

OS_MEM*pmem;

INT8U*pblk;

void**plink;

INT32Ui;

if(nblks2){(1)

*err=OS_MEM_INVALID_BLKS;

return((OS_MEM*)0);

}

if(blksize

*err=OS_MEM_INVALID_SIZE;

return((OS_MEM*)0);

}

OS_ENTER_CRITICAL();

pmem=OSMemFreeList;(3)

if(OSMemFreeList!=(OS_MEM*)0){

OSMemFreeList=(OS_MEM*)OSMemFreeList->OSMemFreeList;

}

OS_EXIT_CRITICAL();

if(pmem==(OS_MEM*)0){(4)

*err=OS_MEM_INVALID_PART;

return((OS_MEM*)0);

}

plink=(void**)addr;(5)

pblk=(INT8U*)addr+blksize;