基于SRAM的内存管理
来源:互联网 发布:hadoop python接口 编辑:程序博客网 时间:2024/05/18 02:59
一.内存管理原理
内存管理,是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术。其最主要的目的是如何高效,快速的分配,并且在适当的时候释放和回收内存资源。内存管理的实现方法有很多种,他们其实最终都是要实现2个函数:malloc和free;malloc函数用于内存申请,free函数用于内存释放。
我们介绍一种比较简单的办法来实现:分块式内存管理。下面我们介绍一下该方法的实现原理,如图所示:
从上图可以看出,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为:当该项值为0的时候,代表对应的内存块未被占用,当该项值非零的时候,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。比如某项值为10,那么说明包括本项对应的内存块在内,总共分配了10个内存块给外部的某个指针。内寸分配方向如图所示,是从顶底的分配方向。即首先从最末端开始找空内存。当内存管理刚初始化的时候,内存表全部清零,表示没有任何内存块被占用。
分配原理
当指针p调用malloc申请内存的时候,先判断p要分配的内存块数(m),然后从第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),然后将这m个内存管理表项的值都设置为m(标记被占用),最后,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,如果当内存不够的时候(找到最后也没找到连续的m块空闲内存),则返回NULL给p,表示分配失败。
释放原理
当p申请的内存用完,需要释放的时候,调用free函数实现。free函数先判断p指向的内存地址所对应的内存块,然后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(内存管理表项目的值就是所分配内存块的数目),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。
主要是针对SRAM进行内存分配实验,如图:
针对途中红框内的两个SRAM进行分配
二.分配源码
Malloc.h
- #ifndef_MALLOC_H_H_H
- #define_MALLOC_H_H_H
- #include”stm32f4xx.h”
- #ifndefNULL
- #defineNULL 0
- #endif
- //定义三个内存池
- #defineSRAMIN 0 //内部内存池
- #defineSRAMCCM 1 //CCM内存池(此部分SRAM仅仅CPU可以访问!!!)
- #defineSRAMBANK 2 //定义支持的SRAM块数.
- //mem1内存参数设定.mem1完全处于内部SRAM里面.
- #defineMEM1_BLOCK_SIZE 32 //内存块大小为32字节
- #defineMEM1_MAX_SIZE 100*1024 //最大管理内存 100K
- #defineMEM1_ALLOC_TABLE_SIZE MEM1_MAX_SIZE/MEM1_BLOCK_SIZE //内存表大小
- //mem3内存参数设定.mem3处于CCM,用于管理CCM(特别注意,这部分SRAM,仅CPU可以访问!!)
- #defineMEM3_BLOCK_SIZE 32 //内存块大小为32字节
- #defineMEM3_MAX_SIZE 60*1024 //最大管理内存60K
- #defineMEM3_ALLOC_TABLE_SIZE MEM3_MAX_SIZE/MEM3_BLOCK_SIZE //内存表大小
- //内存管理控制器
- struct_m_mallco_dev
- {
- void (*init)(u8); //初始化
- u8 (*perused)(u8); //内存使用率
- u8 *membase[SRAMBANK]; //内存池管理SRAMBANK个区域的内存
- u16 *memmap[SRAMBANK]; //内存管理状态表
- u8 memrdy[SRAMBANK]; //内存管理是否就绪
- };
- externstruct _m_mallco_dev mallco_dev; //在mallco.c里面定义
- voidmymemset(void *s,u8 c,u32 count); //设置内存
- voidmymemcpy(void *des,void *src,u32 n);//复制内存
- voidmy_mem_init(u8 memx); //内存管理初始化函数(外/内部调用)
- u32my_mem_malloc(u8 memx,u32 size); //内存分配(内部调用)
- u8my_mem_free(u8 memx,u32 offset); //内存释放(内部调用)
- u8my_mem_perused(u8 memx); //获得内存使用率(外/内部调用)
- ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
- //用户调用函数
- voidmyfree(u8 memx,void *ptr); //内存释放(外部调用)
- void*mymalloc(u8 memx,u32 size); //内存分配(外部调用)
- void*myrealloc(u8 memx,void *ptr,u32 size);//重新分配内存(外部调用)
- #endif
#ifndef_MALLOC_H_H_H
Malloc.c
- #include”malloc.h”
- #pragmapack(32)
- //内存池(32字节对齐)
- u8mem1base[MEM1_MAX_SIZE] @(0X20000000); //内部SRAM内存池
- u8mem3base[MEM3_MAX_SIZE] @(0X10000000); //内部CCM内存池
- #pragmapack()
- //内存管理表
- __no_initu16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE] @(0X20000000+MEM1_MAX_SIZE); //内部CCM内存池MAP; //内部SRAM内存池MAP
- __no_initu16 mem3mapbase[MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE] @(0X10000000+MEM3_MAX_SIZE); //内部CCM内存池MAP
- //内存管理参数
- const u32memtblsize[SRAMBANK]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE}; //内存表大小
- const u32memblksize[SRAMBANK]={MEM1_BLOCK_SIZE,MEM3_BLOCK_SIZE}; //内存分块大小
- const u32memsize[SRAMBANK]={MEM1_MAX_SIZE,MEM3_MAX_SIZE}; //内存总大小
- //内存管理控制器
- struct_m_mallco_dev mallco_dev=
- {
- my_mem_init, //内存初始化
- my_mem_perused, //内存使用率
- mem1base,mem3base, //内存池
- mem1mapbase,mem3mapbase,//内存管理状态表
- 0,0, //内存管理未就绪
- };
- //复制内存
- //*des:目的地址
- //*src:源地址
- //n:需要复制的内存长度(字节为单位)
- voidmymemcpy(void *des,void *src,u32 n)
- {
- u8 *xdes=des;
- u8 *xsrc=src;
- while(n–)*xdes++=*xsrc++;
- }
- //设置内存
- //*s:内存首地址
- //c :要设置的值
- //count:需要设置的内存大小(字节为单位)
- voidmymemset(void *s,u8 c,u32 count)
- {
- u8 *xs = s;
- while(count–)*xs++=c;
- }
- //内存管理初始化
- //memx:所属内存块
- voidmy_mem_init(u8 memx)
- {
- mymemset(mallco_dev.memmap[memx],0,memtblsize[memx]*2);//内存状态表数据清零
- mymemset(mallco_dev.membase[memx],0,memsize[memx]); //内存池所有数据清零
- mallco_dev.memrdy[memx]=1; //内存管理初始化OK
- }
- //获取内存使用率
- //memx:所属内存块
- //返回值:使用率(0~100)
- u8my_mem_perused(u8 memx)
- {
- u32 used=0;
- u32 i;
- for(i=0;i<memtblsize[memx];i++)
- {
- if(mallco_dev.memmap[memx][i])used++;
- }
- return (used*100)/(memtblsize[memx]);
- }
- //内存分配(内部调用)
- //memx:所属内存块
- //size:要分配的内存大小(字节)
- //返回值:0XFFFFFFFF,代表错误;其他,内存偏移地址
- u32my_mem_malloc(u8 memx,u32 size)
- {
- signed long offset=0;
- u32 nmemb; //需要的内存块数
- u32 cmemb=0;//连续空内存块数
- u32 i;
- if(!mallco_dev.memrdy[memx])mallco_dev.init(memx);//未初始化,先执行初始化
- if(size==0)return 0XFFFFFFFF;//不需要分配
- nmemb=size/memblksize[memx]; //获取需要分配的连续内存块数
- if(size%memblksize[memx])nmemb++;
- for(offset=memtblsize[memx]-1;offset>=0;offset–)//搜索整个内存控制区
- {
- if(!mallco_dev.memmap[memx][offset])cmemb++;//连续空内存块数增加
- else cmemb=0; //连续内存块清零
- if(cmemb==nmemb) //找到了连续nmemb个空内存块
- {
- for(i=0;i<nmemb;i++) //标注内存块非空
- {
- mallco_dev.memmap[memx][offset+i]=nmemb;
- }
- return (offset*memblksize[memx]);//返回偏移地址
- }
- }
- return 0XFFFFFFFF;//未找到符合分配条件的内存块
- }
- //释放内存(内部调用)
- //memx:所属内存块
- //offset:内存地址偏移
- //返回值:0,释放成功;1,释放失败;
- u8my_mem_free(u8 memx,u32 offset)
- {
- int i;
- printf(”offset %d,memsize%d\r\n”,offset,memsize[memx]);
- if(!mallco_dev.memrdy[memx])//未初始化,先执行初始化
- {
- mallco_dev.init(memx);
- return 1;//未初始化
- }
- if(offset<memsize[memx])//偏移在内存池内.
- {
- int index=offset/memblksize[memx]; //偏移所在内存块号码
- int nmemb=mallco_dev.memmap[memx][index]; //内存块数量
- for(i=0;i<nmemb;i++) //内存块清零
- {
- mallco_dev.memmap[memx][index+i]=0;
- }
- return 0;
- }else return 2;//偏移超区了.
- }
- //释放内存(外部调用)
- //memx:所属内存块
- //ptr:内存首地址
- voidmyfree(u8 memx,void *ptr)
- {
- u32 offset;
- if(ptr==NULL)
- {
- return;//地址为0.
- }
- offset=(u32)ptr-(u32)mallco_dev.membase[memx];
- my_mem_free(memx,offset); //释放内存
- }
- //分配内存(外部调用)
- //memx:所属内存块
- //size:内存大小(字节)
- //返回值:分配到的内存首地址.
- void*mymalloc(u8 memx,u32 size)
- {
- u32 offset;
- offset=my_mem_malloc(memx,size);
- if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL;
- else return(void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset);
- }
- //重新分配内存(外部调用)
- //memx:所属内存块
- //*ptr:旧内存首地址
- //size:要分配的内存大小(字节)
- //返回值:新分配到的内存首地址.
- void*myrealloc(u8 memx,void *ptr,u32 size)
- {
- u32 offset;
- offset=my_mem_malloc(memx,size);
- if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL;
- else
- {
- mymemcpy((void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset),ptr,size); //拷贝旧内存内容到新内存
- myfree(memx,ptr); //释放旧内存
- return (void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset); //返回新内存首地址
- }
- }
#include"malloc.h"#pragmapack(32) //内存池(32字节对齐)u8mem1base[MEM1_MAX_SIZE] @(0X20000000); //内部SRAM内存池u8mem3base[MEM3_MAX_SIZE] @(0X10000000); //内部CCM内存池#pragmapack() //内存管理表__no_initu16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE] @(0X20000000+MEM1_MAX_SIZE); //内部CCM内存池MAP; //内部SRAM内存池MAP__no_initu16 mem3mapbase[MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE] @(0X10000000+MEM3_MAX_SIZE); //内部CCM内存池MAP//内存管理参数 const u32memtblsize[SRAMBANK]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM3_ALLOC_TABLE_SIZE}; //内存表大小const u32memblksize[SRAMBANK]={MEM1_BLOCK_SIZE,MEM3_BLOCK_SIZE}; //内存分块大小const u32memsize[SRAMBANK]={MEM1_MAX_SIZE,MEM3_MAX_SIZE}; //内存总大小 //内存管理控制器struct_m_mallco_dev mallco_dev={ my_mem_init, //内存初始化 my_mem_perused, //内存使用率 mem1base,mem3base, //内存池 mem1mapbase,mem3mapbase,//内存管理状态表 0,0, //内存管理未就绪}; //复制内存//*des:目的地址//*src:源地址//n:需要复制的内存长度(字节为单位)voidmymemcpy(void *des,void *src,u32 n) { u8 *xdes=des; u8 *xsrc=src; while(n--)*xdes++=*xsrc++; } //设置内存//*s:内存首地址//c :要设置的值//count:需要设置的内存大小(字节为单位)voidmymemset(void *s,u8 c,u32 count) { u8 *xs = s; while(count--)*xs++=c; } //内存管理初始化 //memx:所属内存块voidmy_mem_init(u8 memx) { mymemset(mallco_dev.memmap[memx],0,memtblsize[memx]*2);//内存状态表数据清零 mymemset(mallco_dev.membase[memx],0,memsize[memx]); //内存池所有数据清零 mallco_dev.memrdy[memx]=1; //内存管理初始化OK } //获取内存使用率//memx:所属内存块//返回值:使用率(0~100)u8my_mem_perused(u8 memx) { u32 used=0; u32 i; for(i=0;i<memtblsize[memx];i++) { if(mallco_dev.memmap[memx][i])used++; } return (used*100)/(memtblsize[memx]); } //内存分配(内部调用)//memx:所属内存块//size:要分配的内存大小(字节)//返回值:0XFFFFFFFF,代表错误;其他,内存偏移地址u32my_mem_malloc(u8 memx,u32 size) { signed long offset=0; u32 nmemb; //需要的内存块数 u32 cmemb=0;//连续空内存块数 u32 i; if(!mallco_dev.memrdy[memx])mallco_dev.init(memx);//未初始化,先执行初始化 if(size==0)return 0XFFFFFFFF;//不需要分配 nmemb=size/memblksize[memx]; //获取需要分配的连续内存块数 if(size%memblksize[memx])nmemb++; for(offset=memtblsize[memx]-1;offset>=0;offset--)//搜索整个内存控制区 { if(!mallco_dev.memmap[memx][offset])cmemb++;//连续空内存块数增加 else cmemb=0; //连续内存块清零 if(cmemb==nmemb) //找到了连续nmemb个空内存块 { for(i=0;i<nmemb;i++) //标注内存块非空 { mallco_dev.memmap[memx][offset+i]=nmemb; } return (offset*memblksize[memx]);//返回偏移地址 } } return 0XFFFFFFFF;//未找到符合分配条件的内存块 } //释放内存(内部调用) //memx:所属内存块//offset:内存地址偏移//返回值:0,释放成功;1,释放失败; u8my_mem_free(u8 memx,u32 offset) { int i; printf("offset %d,memsize%d\r\n",offset,memsize[memx]); if(!mallco_dev.memrdy[memx])//未初始化,先执行初始化 { mallco_dev.init(memx); return 1;//未初始化 } if(offset<memsize[memx])//偏移在内存池内. { int index=offset/memblksize[memx]; //偏移所在内存块号码 int nmemb=mallco_dev.memmap[memx][index]; //内存块数量 for(i=0;i<nmemb;i++) //内存块清零 { mallco_dev.memmap[memx][index+i]=0; } return 0; }else return 2;//偏移超区了. } //释放内存(外部调用) //memx:所属内存块//ptr:内存首地址voidmyfree(u8 memx,void *ptr) { u32 offset; if(ptr==NULL) { return;//地址为0. } offset=(u32)ptr-(u32)mallco_dev.membase[memx]; my_mem_free(memx,offset); //释放内存 } //分配内存(外部调用)//memx:所属内存块//size:内存大小(字节)//返回值:分配到的内存首地址.void*mymalloc(u8 memx,u32 size) { u32 offset; offset=my_mem_malloc(memx,size); if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL; else return(void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset); } //重新分配内存(外部调用)//memx:所属内存块//*ptr:旧内存首地址//size:要分配的内存大小(字节)//返回值:新分配到的内存首地址.void*myrealloc(u8 memx,void *ptr,u32 size) { u32 offset; offset=my_mem_malloc(memx,size); if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL; else { mymemcpy((void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset),ptr,size); //拷贝旧内存内容到新内存 myfree(memx,ptr); //释放旧内存 return (void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset); //返回新内存首地址 } }
Main.c
- #include”led.h”
- #include”key.h”
- #include”delay.h”
- #include”uart.h”
- #include”exit.h”
- #include”iwdog.h”
- #include”pwm.h”
- #include”can.h”
- #include”flash.h”
- #include”malloc.h”
- #defineSRAM_IN 0
- #defineSRAM_CCM_IN 1
- intmain(void)
- {
- u8 *p=0;
- NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
- My_USART2_Init();
- printf(”memory manager test\r\n”);
- my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池
- my_mem_init(SRAMCCM); //初始化CCM内存池
- p=mymalloc(SRAM_IN,1);//申请2K字节
- if(p!=NULL)
- {
- mymemset(p,’d’,1);
- printf(”p address %p\r\n”,p);
- myfree(SRAM_IN,p);
- }
- p=mymalloc(SRAM_CCM_IN,1);//申请2K字节
- if(p!=NULL)
- {
- mymemset(p,’e’,1);
- printf(”p address %p\r\n”,p);
- myfree(SRAM_CCM_IN,p);
- }
- }
#include"led.h"#include"key.h"#include"delay.h"#include"uart.h"#include"exit.h"#include"iwdog.h"#include"pwm.h"#include"can.h"#include"flash.h"#include"malloc.h" #defineSRAM_IN 0#defineSRAM_CCM_IN 1 intmain(void){ u8 *p=0; NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2 My_USART2_Init(); printf("memory manager test\r\n"); my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池 my_mem_init(SRAMCCM); //初始化CCM内存池 p=mymalloc(SRAM_IN,1);//申请2K字节 if(p!=NULL) { mymemset(p,'d',1); printf("p address %p\r\n",p); myfree(SRAM_IN,p); } p=mymalloc(SRAM_CCM_IN,1);//申请2K字节 if(p!=NULL) { mymemset(p,'e',1); printf("p address %p\r\n",p); myfree(SRAM_CCM_IN,p); } }
另外,此code是在IAR中编译,如果要移植到keil中,要修改几个地方:
#pragma pack(32)
u8mem1base[MEM1_MAX_SIZE] @(0X20000000); //内部SRAM内存池
u8mem3base[MEM3_MAX_SIZE] @(0X10000000); //内部CCM内存池
#pragma pack()
修改为:
__align(32) u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; __attribute__((at(0X20000000))); //内部SRAM内存池
__align(32) u8 mem3base[MEM3_MAX_SIZE]__attribute__((at(0X10000000)));
主要有两点:内存对齐方式和变量的绝对地址
因为内存对齐方式是在C11中开始定义,所以在没用C11标准之前只能借助编译器来实现内存对齐方式
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- D
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