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【STM32】内存管理

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【STM32】内存管理

1、内存管理简介

如何在LCD 上面实现SD卡文件浏览？

需要读取所有文件名到内存，然后显示到LCD。一般的方法，是定义一个数组来存储所有文件名

1，需要知道最大文件名的长度。255字节。

2，需要知道文件个数。 100？1000？10000 ？

如果没有内存管理：则要定义一个：uint8_t filenametbl[10000][255]; 的数组！（占用2550K字>节内存）

内存管理，是指软件运行时对MCU内存资源的分配和使用的技术。(内存的大管家)

其最主要目的是：如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。（防止内存泄露、内存碎片）

内存使用三部曲：1. 内存申请(分配) 2. 内存使用 3.内存释放

内存管理的实现方法有很多种，最终都是实现2个函数：malloc和free；

malloc	内存申请
free	内存释放

标准的 C 库也提供了函数 malloc()和函数 free()来实现动态地申请和释放内存。

疑问：为啥不用标准的 C 库自带的内存管理算法？

因为标准 C 库的动态内存管理方法有如下几个缺点：

占用大量的代码空间不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中

没有线程安全的相关机制

运行有不确定性，每次调用这些函数时花费的时间可能都不相同

内存碎片化

………

2、分块式内存管理（掌握）

分块式内存管理由内存池和内存管理表两部分组成。内存池被等分为n块，对应的内存管理表，大小也为n，内存管理表的每一个项对应内存池的一块内存。

内存管理表的项值代表的意义：当该项值为0时，代表对应的内存块未被占用；当该项值非零时，代表该项对应的内存块已经被占用，其数值则代表被连续占用的内存块数。

当内存管理刚初始化的时候，内存管理表全部清零，表示没有任何内存块被占用。

分配方向

分配原理

当指针p调用malloc申请内存时，

① 先判断p要分配的内存块数(m)

② 从第n项开始，向下查找，直到找到m块连续的空内存块(即对应内存管理表项为0)

③ 将这m个内存管理表项的值都设置为m（标记被占用）

④ 把最后的这个空内存块的地址返回指针p，完成一次分配

注意：如果当内存不够时(找到最后也没有找到连续m块空闲内存)，则返回NULL给p，表示分配失败。

释放原理

当指针p申请的内存用完，需要释放的时候，调用free函数实现。

free函数实现：

① 先判断p指向的内存地址所对应的内存块

② 找到对应的内存管理表项目，得到p所占用的内存块数目m

③ 将这m个内存管理表项目的值都清零，标记释放，完成一次内存释放

分块内存管理管理内存情况

3、内存管理使用（掌握）

操作步骤

1、初始化内存

内存管理控制器 struct _m_malloc_dev
外扩SRAM 需初始化（内部SRAM不需要）
内存管理表 清零	void my_mem_init(uint8_t memx)

2、申请内存

void *mymalloc(uint8_t memx, uint32_t size)

3、操作内存

sprintf((char *)p, “Memory Malloc Test%03d”, i);

4、释放内存(用完，一定要释放)

void myfree(uint8_t memx, void *ptr)

/* 内存管理控制器 */
#define SRAMBANK 2 	/* 定义管理的内存片数*/
struct _m_mallco_dev
{
    void 		(*init)(uint8_t);			/* 函数指针，指向内存初始化函数，用于初始化内存管理 */
    uint8_t	(*perused)(uint8_t);		/* 函数指针，指向内存使用率函数，用于获取内存使用率 */
 	uint8_t 	*membase[SRAMBANK]; 	/* 内存池指针，指向内存池 */
 	uint16_t 	*memmap[SRAMBANK];  	/* 内存管理表指针，指向内存管理表 */
 	uint8_t  	memrdy[SRAMBANK]; 		/* 内存管理表就绪标志，用于表示内存管理表是否已初始化 */
};

struct _m_mallco_dev mallco_dev
{
    my_mem_init,	
    my_mem_perused, 		
    mem1base, mem2base,		
    mem1mapbase, mem2mapbase,	
    0, 0,	
};

MEMx_MAX_SIZE 		内存池中内存块大小
MEMx_ALLOC_TABLE_SIZE 	内存管理表中项数
/* 内存池 */
static __align(64) uint8_t mem1base[MEM1_MAX_SIZE];
static __align(64) uint8_t mem2base[MEM2_MAX_SIZE];
/* 内存管理表 */
static uint16_t mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE];
static uint16_t mem2mapbase[MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE];

内存池

uint8_t mem1base[MEM1_MAX_SIZE]
MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE个内存块

内存管理表

uint16_t mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE]
MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE个项
项的大小为2字节

void my_mem_init(uint8_t memx)
{
    uint8_t mttsize = sizeof(MT_TYPE); 	/* 获取memmap数组的类型长度(uint16_t /uint32_t)*/
    my_mem_set(mallco_dev.memmap[memx], 0, memtblsize[memx] * mttsize);	/* 内存管理表数据清零 */
    mallco_dev.memrdy[memx] = 1;        	/* 内存管理初始化OK */
}
uint16_t my_mem_perused(uint8_t memx)
{
    uint32_t i, used = 0;

    for (i = 0; i < memtblsize[memx]; i++)
        if (mallco_dev.memmap[memx][i])used++;

    return (used * 1000) / (memtblsize[memx]);
}
void my_mem_set(void *s, uint8_t c, uint32_t count)
{
    uint8_t *xs = s;
    while (count--) *xs++ = c;
}

void *mymalloc(uint8_t memx, uint32_t size)
{
	uint32_t offset; 	
    	offset = my_mem_malloc(memx, size);

 	if (offset == 0xFFFFFFFF) return NULL;	/* 申请出错 */
	else return (void *)((uint32_t)mallco_dev.membase[memx] + offset);	/* 申请没问题，返回首地址 */
}
uint32_t my_mem_malloc(uint8_t memx, uint32_t size)
{
	/* 1、判断内存块memx是否已经初始化 */
	/* 2、通过size获取需要分配的连续内存块数x */
	/* 3、搜索符合 要求内存块数x 的内存块 */
	/* 4、找到符合要求内存块数区域，对其管理表写入内存块数的值x，返回偏移地址 */
}

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