嵌入式系统裸机编程的内存管理

　　在嵌入式裸机编程中，作为一名初级的CODER。经常要与CPU、内存等打交道。CPU作为系统的动力源，其重要程度不言而喻。但是，在裸机编程中，对内存的管理也不容忽视。如果稍微不注意，轻则，可能造成内存泄漏，重则造成内存访问异常。导致系统死机。
　　嵌入式产品，对稳定性要求及其严格。动不动就死机，那可就麻烦大了。以下，是我本人对嵌入式系统裸机编程的内存管理的一些简介。
　　1. 万万不可使用系统自带的malloc和free。
　　malloc和free在PC编程中是很好用的一种内存分配手段。但是，其在嵌入式中，就未必好用了。由于嵌入式裸机编程中，无MMU，即内存管理单元。无法实现对内存进行动态映射（不明白什么叫动态映射的同学，可以参考网上的资料）。也就是说，实际上，malloc和free并不能实现动态的内存的管理。这需要在启动阶段专门给其分配一段空闲的内存区域作为malloc的内存区。如STM32中的启动文件startup_stm32f10x_md.s中见以下信息：
　　［plain］ view plain copy
　　Heap_Size EQU 0x00000800 AREA HEAP， NOINIT， READWRITE， ALIGN=3
　　__heap_base
　　Heap_Mem SPACE Heap_Size
　　__heap_limit
　　其中，Heap_Size即定义一个宏定义。数值为0x00000800。Heap_Mem则为申请一块连续的内存，大小为 Heap_Size。简化为C语言版本如下：
　　#define Heap_Size 0x00000800
　　unsigned char Heap_Mem［Heap_Size］ = {0};
　　在这里申请的这块内存，在接下来的代码中，被注册进系统中给malloc和free函数所使用：
　　__user_initial_stackheap
　　LDR R0， = Heap_Mem ; 返回系统中堆内存起始地址
　　LDR R1， =（Stack_Mem + Stack_Size）
　　LDR R2， = （Heap_Mem + Heap_Size）; 返回系统中堆内存的结束地址
　　LDR R3， = Stack_Mem
　　BX LR
　　就如上面分析的那样，其实，在裸机编程的时候，对堆内存的管理。并非是智能化的，并非你想申请多少就多少。而是使用一块固定的内存用作堆内存的分配。这在设计的时候，往往不是最佳的方案。这块内存，如果被多次按照不同的大小进行申请，就会造成内存碎片。最终导致无法申请到足够的内存。导致系统运行出错。这在原本内存就已经很少的嵌入式系统中，更是不能接受的。所以，建议是把那个Heap_Size设置成 0 吧。放弃其使用吧。
　　而更为致命的是，有些malloc，free函数，由于工程人员的偷懒。实现甚至可能如下：
　　unsigned char mem_buffer［512］;
　　unsigned char *mem_offset = & mem_buffer;
　　void *malloc（int size）
　　{
　　unsigned char *tmp = mem_offset;
　　mem_offset += size;
　　return （void *）tmp;
　　}
　　void free（void *mem）
　　{
　　mem_offset = mem;
　　}
　　2. 更好的替代方案：内存池。
　　可能有些同学，觉得：内存池，这是什么东西？
　　内存池，简洁地来说，就是预先分配一块固定大小的内存。以后，要申请固定大小的内存的时候，即可从该内存池中申请。用完了，自然要放回去。注意，内存池，每次申请都只能申请固定大小的内存。这样子做，有很多好处：
　　（1）每次动态内存申请的大小都是固定的，可以有效防止内存碎片化。（至于为什么，可以想想，每次申请的都是固定的大小，回收也是固定的大小）
　　（2）效率高，不需要复杂的内存分配算法来实现。申请，释放的时间复杂度，可以做到O（1）。
　　（3）实现简单，易用。
　　（4）内存的申请，释放都在可控的范围之内。不会出现以后运行着，运行着，就再也申请不到内存的情况。
　　内存池，并非什么很厉害的技术。实现起来，其实可以做到很简单。只需要一个链表即可。在初始化的时候，把全局变量申请来的内存，一个个放入该链表中。在申请的时候，只需要取出头部并返回即可。在释放的时候，只需要把该内存插入链表。以下是一种简单的例子（使用移植来的linux内核链表，对该链表的移植，以后有时间再去分析）：
　　#define MEM_BUFFER_LEN 5 //内存块的数量
　　#define MEM_BUFFER_SIZE 256 //每块内存的大小
　　//内存池的描述，使用联合体，体现穷人的智慧。就如，我一同学说的：一个字节，恨不得掰成8个字节来用。
　　typedef union mem {
　　struct list_head list;
　　unsigned char buffer［MEM_BUFFER_SIZE］;
　　}mem_t;
　　static union mem gmem［MEM_BUFFER_LEN］;
　　LIST_HEAD（mem_pool）;
　　//分配内存
　　void *mem_pop（）
　　{
　　union mem *ret = NULL;
　　psr_t psr;
　　psr = ENTER_CRITICAL（）;
　　if（！list_empty（&mem_pool）） { //有可用的内存池
　　ret = list_first_entry（&mem_pool， union mem， list）;
　　//printf（“mem_pool = 0x%p ret = 0x%p/n”， &mem_pool， &ret-》list）;
　　list_del（&ret-》list）;
　　}
　　EXIT_CRITICAL（psr）;
　　return ret;//-》buffer;
　　}
　　//回收内存
　　void mem_push（void *mem）
　　{
　　union mem *tmp = NULL;
　　psr_t psr;
　　tmp = （void *）mem;//container_of（mem， struct mem， buffer）;
　　psr = ENTER_CRITICAL（）;
　　list_add（&tmp-》list， &mem_pool）;
　　//printf（“free = 0x%p/n”， &tmp-》list）;
　　EXIT_CRITICAL（psr）;
　　}
　　//初始化内存池
　　void mem_pool_init（）
　　{
　　int i;
　　psr_t psr;
　　psr = ENTER_CRITICAL（）;
　　for（i=0; ilist_add（&（gmem.list）， &mem_pool）;
　　//printf（“add mem 0x%p/n”， &（gmem.list））;
　　}
　　EXIT_CRITICAL（psr）;
　　}