μC/OS-II的內(nèi)存管理

我們知道，在ANSIC中可以用malloc()和free()兩個(gè)函數(shù)動(dòng)態(tài)地分配內(nèi)存和釋放內(nèi)存。但

是，在嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中，多次這樣做會(huì)把原來(lái)很大的一塊連續(xù)內(nèi)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(nèi)存區(qū)域，也就是內(nèi)存碎片。由于這些碎片的大量存在，使得

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

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

free()函數(shù)執(zhí)行時(shí)間是不確定的。

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

的內(nèi)存塊，如同圖F7.1。利用這種機(jī)制，μC/OS-II對(duì)malloc()和free()函數(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，使

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

固定的了。

如圖F7.2，在一個(gè)系統(tǒng)中可以有多個(gè)內(nèi)存分區(qū)。這樣，用戶的應(yīng)用程序就可以從不同的內(nèi)存

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

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

圖F7.1內(nèi)存分區(qū)——Figure7.1

圖F7.2多個(gè)內(nèi)存分區(qū)——Figure7.2

內(nèi)存控制塊

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

程序清單L7.1內(nèi)存控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

typedefSTruct{

void*OSMemAddr;

void*OSMemFreeList;

INT32UOSMemBlkSize;

INT32UOSMemNBlks;

INT32UOSMemNFree;

}OS_MEM;

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

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

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

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

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

如果要在μC/OS-II中使用內(nèi)存管理，需要在OS_CFG.H文件中將開關(guān)量OS_MEM_EN設(shè)置為1。這樣μC/OS-II在啟動(dòng)時(shí)就會(huì)對(duì)內(nèi)存管理器進(jìn)行初始化[由OSInit()調(diào)用OSMemInit()實(shí)現(xiàn)]。該初始化主要建立一個(gè)圖F7.3所示的內(nèi)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(nèi)存分區(qū)數(shù)，該常數(shù)值至少應(yīng)為2。

圖F7.3空閑內(nèi)存控制塊鏈表——Figure7.3

建立一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，OSMemCreate()在使用一個(gè)內(nèi)存分區(qū)之前，必須先建立該內(nèi)存分區(qū)。這個(gè)操作可以通過調(diào)用OSMemCreate()函數(shù)來(lái)完成。程序清單L7.2說(shuō)明了如何建立一個(gè)含有100個(gè)內(nèi)存塊、每個(gè)內(nèi)存塊32字節(jié)的內(nèi)存分區(qū)。

程序清單L7.2建立一個(gè)內(nèi)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(gè)參數(shù)：內(nèi)存分區(qū)的起始地址、分區(qū)內(nèi)的內(nèi)存塊總塊數(shù)、每個(gè)內(nèi)存塊的字節(jié)數(shù)和一個(gè)指向錯(cuò)誤信息代碼的指針。如果OSMemCreate()操作失敗，它將返回一個(gè)NULL指針。否則，它將返回一個(gè)指向內(nèi)存控制塊的指針。對(duì)內(nèi)存管理的其它操作，象OSMemGet()，OSMemPut()，OSMemQuery()函數(shù)等，都要通過該指針進(jìn)行。

每個(gè)內(nèi)存分區(qū)必須含有至少兩個(gè)內(nèi)存塊[L7.3(1)]，每個(gè)內(nèi)存塊至少為一個(gè)指針的大小，因?yàn)橥环謪^(qū)中的所有空閑內(nèi)存塊是由指針串聯(lián)起來(lái)的[L7.3(2)]。接著，OSMemCreate()從系統(tǒng)中的空閑內(nèi)存控制塊中取得一個(gè)內(nèi)存控制塊[L7.3(3)]，該內(nèi)存控制塊包含相應(yīng)內(nèi)存分區(qū)的運(yùn)行信息。OSMemCreate()必須在有空閑內(nèi)存控制塊可用的情況下才能建立一個(gè)內(nèi)存分區(qū)[L7.3(4)]。在上述條件均得到滿足時(shí)，所要建立的內(nèi)存分區(qū)內(nèi)的所有內(nèi)存塊被鏈接成一個(gè)單向的鏈表[L7.3(5)]。然后，在對(duì)應(yīng)的內(nèi)存控制塊中填寫相應(yīng)的信息[L7.3(6)]。完成上述各動(dòng)作后，OSMemCreate()返回指向該內(nèi)存塊的指針。該指針在以后對(duì)內(nèi)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;