嵌入式编程复杂性

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嵌入式往往没有操作系统支撑，或者因为有操作系统支撑，但因为种种的限制，操作系统提供的功能少得可怜。所以，很多代码不能像PC编程那样天马行空，任意驰骋。

今天就聊聊内存分配的问题，内存碎片，可能大家都不陌生。然而在嵌入式系统里，最怕的就是内存碎片，也是系统稳定的头号杀手。我曾经做了一个项目，系统中有很多的malloc和free，尺寸不一，从60多个字节到64KB的不等。使用一款RTOS作为支撑。当时我有两个选择，一个是使用C 系统库的malloc和free，另外一个是使用操作系统提供的固定内存分配。我们系统的设计要求要能稳定运行3个月以上。实际上连续运行6天左右就宕机了。

各种问题都怀疑过，最后定为在内存分配上，其实就是长时间，大量的内存分配后，系统的内存变得零散而无法连续。虽有大空间，但却无法分配连续的空间。当有大空间申请时，只能是宕机完蛋。

为了使系统达到原先的设计需求，我们在PC机上模拟了整个硬件，将嵌入式代码在 PC机上跑起来，并重载了malloc和free，做了个复杂的统计程序。统计系统的内存行为。运行了若干天以后，将数据提取出来分析，

虽然申请的内存5 花八门，还是有些规律，我们把100个字节以下的归为一类，512B的归为一类，1KB的归为一类，2KB归为一类，64KB一下归为一类。统计出每类的数量，在原先的基础上加上30%的余量。做成固定内存申请，使得系统稳定连续运行的时间大大加长。嵌入式就这样，不怕方法原始，就怕性能不达要求。

内存溢出问题，内存溢出问题嵌入式系统比PC系统更可怕! 往往是没有察觉的就溢出了。都很难想到，尤其是C/C++的初学者，对指针不熟悉，查都没法查。由于PC系统有MMU，内存发生严重的越界时，有MMU的保护，不会产生严重的灾难后果。而嵌入式往往没有MMU，差别很大，系统代码都被破坏了还能跑。只是只有上帝和那个CPU才知道跑得是什么。我们来看看这段代码：

 

char  *strcpy(char *dest, const char * src)

{

           assert(dest != NULL && src != NULL);

           while (*src != '\0')

          {

                   *dest++ = *src++;

          }

          *dest = '\0';

         return (dest);

}

这个代码是一个字符串拷贝的代码，PC机这样写，基本上就可以了。但嵌入式要提防一件事情，那就是 src真的以'\0'结束的。要不是得话，那就悲剧了。到什么时候能结束，呵呵，只有上帝老人家才知道。这段代码侥幸能跑完成的话，估计也别想程序能正常的跑了。因为dest指向的内存区域都被破坏的差不多了。为了和标准C/C++的库兼容，还真的没什么好办法，所以这个问题只能留给程序员自己检查。

 

相同的，

memcpy( dest, src, n);

内存拷贝同样的问题，要提防n传递个负值进去。这个是拷贝多少个字节，负值被强制类型转换成正的。变成一个很大的正数，造成dest之后的内存全部被破坏……

 

嵌入式里的内存指针必须做严格的检查才能使用，内存的尺寸也必须进行严格的调试。不然的话，悲剧是很难避免的。如一个函数指针，虽然在嵌入式里赋了个NULL,0。若是ARM的话，连个异常错误都没有，直接复位了，因为调用这个函数指针即便是让代码从0开始运行。而0是ARM上电后运行的第一条代码的位置。在ARM7上尤其如此。

这种悲剧比PC上悲情多了，MMU 定然给一个无定义指令的错误。引起程序员的重视。在嵌入式里，全部都留给了程序员去寻找了。

 

内存溢出发生在任何一个不经意的时刻，你给整个前后台的系统(或操作系统)分配了多大的堆？多大的栈？在通常情况下系统的调用深度是多少(最大是多少)，占用多少栈？光看程序的功能正确还不够，还需要统计这些参数。不然，只要有一个地方有溢出。对系统都是致命的。嵌入式系统要求系统连续工作时间长，稳定性可靠性要求苛刻。是需要一些时间仔细的磨这些系统的。