UCOS-II内存管理

内存管理：
　　我们知道，在 ANSI C 中可以用 malloc()和 free()两个函数动态地分配内存和释放内存。但是，在嵌入式实时操作系统中，多次这样做会把原来很大的一块连续内存区域，逐渐地分割成许多非常小而且彼此又不相邻的内存区域，也就是内存碎片。由于这些碎片的大量存在，使得程序到后来连非常小的内存也分配不到，我们讲到过用 malloc()函数来分配堆栈时，曾经讨论过内存碎片的问题。另外，由于内存管理算法的原因，malloc()和free()函数执行时间是不确定的。
　　在µC/OS-II 中，操作系统把连续的大块内存按分区来管理。每个分区中包含有整数个大小相同的内存块。利用这种机制，µC/OS-II 对 malloc()和 free()函数进行了改进，使得它们可以分配和释放固定大小的内存块。这样一来，malloc()和 free()函数的执行时间也是固定的了。


内存控制块：
　　为了便于内存的管理，在µC/OS-II 中使用内存控制块（memory control blocks）的数据结构来跟踪每一个内存分区，系统中的每个内存分区都有它自己的内存控制块。
typedef struct 
{
　　//指向内存分区起始地址的指针 建立一个内存分区，OSMemCreate()时被初始化，在此之后就不能更改了。
　　void *OSMemAddr;
　　//指向下一个空闲内存控制块或者下一个空闲的内存块的指针
　　void *OSMemFreeList;
　　//内存分区中内存块的大小
　　INT32U OSMemBlkSize;
　　//内存分区中总的内存块数量
　　INT32U OSMemNBlks;
　　//内存分区中当前可以使用的空闲内存块的数量
　　INT32U OSMemNFree;
} OS_MEM;


　　在uC/OS-II中OS_MAX_MEM_PART（见文件 OS_CFG.H）定义了最大的内存分区数，该常数值至少应为 2。 每个内存分区必须含有至少两个内存块，每个内存块至少为一个指针的大小，因为同一分区中的所有空闲内存块是由指针串联起来的。


建立一个内存分区， OS_MEM *OSMemCreate ()
OS_MEM *OSMemCreate (void *addr, INT32U nblks, INT32U blksize, INT8U *err)
{
　　OS_MEM *pmem;
　　INT8U *pblk;
　　void **plink;
　　INT32U i;
　　if (nblks < 2)//在ucos中内存分区中内存块的大小最小为2
　　{
　　*err = OS_MEM_INVALID_BLKS;
　　return ((OS_MEM *)0);
　　}
　　if (blksize < sizeof(void *)) //每个内存块的大小至少为一个指针大小
　　{
　　*err = OS_MEM_INVALID_SIZE;
　　return ((OS_MEM *)0);
　　}
　　OS_ENTER_CRITICAL();
　　pmem = OSMemFreeList;
　　if (OSMemFreeList != (OS_MEM *)0)//在空闲的内存控制块中取得一个内存控制块
　　{
　　OSMemFreeList = (OS_MEM *)OSMemFreeList->OSMemFreeList;
　　}
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　if (pmem == (OS_MEM *)0) 
　　{
　　*err = OS_MEM_INVALID_PART;
　　return ((OS_MEM *)0);
　　}
　　plink = (void **)addr;//指向内存分区的首地址
　　pblk = (INT8U *)addr + blksize;//指向内存分区中下一个内存块的首地址
　　for (i = 0; i < (nblks - 1); i++)//把内存分区中各个内存块链接成一个单向链表
　　{
　　*plink = (void *)pblk;//当前内存块的第一个元素存储下一个内存块的首地址
　　plink = (void **)pblk;//plink指向下一个内存块
　　pblk = pblk + blksize;//pblk指向下一个内存块
　　}
　　*plink = (void *)0;//最后一个内存块的第一个元素指向NULL
　　OS_ENTER_CRITICAL();
　　pmem->OSMemAddr = addr;
　　pmem->OSMemFreeList = addr;
　　pmem->OSMemNFree = nblks;
　　pmem->OSMemNBlks = nblks;
　　pmem->OSMemBlkSize = blksize;
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　*err = OS_NO_ERR;
　　return (pmem);
}

分配一个内存块，OSMemGet()
void *OSMemGet (OS_MEM *pmem, INT8U *err)
{
　　void *pblk;
　　OS_ENTER_CRITICAL();
　　if (pmem->OSMemNFree > 0) 
　　{
　　pblk = pmem->OSMemFreeList;
　　pmem->OSMemFreeList = *(void **)pblk;
　　pmem->OSMemNFree--;
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　*err = OS_NO_ERR;
　　return (pblk);
　　} 
　　else 
　　{
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　*err = OS_MEM_NO_FREE_BLKS;
　　return ((void *)0);
　　}
}
释放一个内存块，OSMemPut()
　　注意不要把和“当前分区中内存块大小不同”的内存块释放到当前分区。否则会引起灾难性后果。
INT8U OSMemPut (OS_MEM *pmem, void *pblk)
{
　　OS_ENTER_CRITICAL();
　　if (pmem->OSMemNFree >= pmem->OSMemNBlks)
　　{
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　return (OS_MEM_FULL);
　　}
　　*(void **)pblk = pmem->OSMemFreeList;
　　pmem->OSMemFreeList = pblk;
　　pmem->OSMemNFree++;
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　return (OS_NO_ERR);
}


查询一个内存分区的状态，OSMemQuery()
　　在µC/OS-II 中，可以使用 OSMemQuery()函数来查询一个特定内存分区的有关消息。通过该函数可以知道特定内存分区中内存块的大小、可用内存块数和正在使用的内存块数等信息。所有这些信息都放在一个叫 OS_MEM_DATA 的数据结构中。


OS_MEM_DATA数据结构：
typedef struct 
{
　　void *OSAddr; /* 指向内存分区首地址的指针 */
　　void *OSFreeList; /* 指向空闲内存块链表首地址的指针 */
　　INT32U OSBlkSize; /* 每个内存块所含的字节数 */
　　INT32U OSNBlks; /* 内存分区总的内存块数 */
　　INT32U OSNFree; /* 空闲内存块总数 */
　　INT32U OSNUsed; /* 正在使用的内存块总数 */
} OS_MEM_DATA;