STM32F407学习记录（三）内存管理

介绍STM32F407具有192KB的SRAM借用正点原子探索者开发指南第五章5.3.3小节的表5.3.3.2和表5.3.3.3所示能够发现STM32F407的内存由3个部分组成:1.CCM的RAM:这是一个特殊的RAM只能由内核访问外设不能访问比如DMA2.SRAM13.SRAM2内存的分配方式1.静态分配全局变量、静态变量2.动态分配通过运行malloc/free申请释放本质创建一个巨大的数组作为一个内存池然后需要多大的内存从这个内存池中取。这个内存池以内存块为单位一般为32字节通过一个内存管理表进行管理。举例说明申请内存当你想调用malloc申请内存时malloc函数首先会判断你申请的内存需要多少块的内存块一个内存块32字节假设判断需要10块内存块。那么就会从第n项向前找10块连续的内存块。如果找到了这10块内存块的内存管理表所对应的10项全部置为10表示已分配。然后将第n-10内存块的地址p返回。如果没找到则返回NULL。释放内存通过free函数释放p首先通过指针p找到内存管理表的某一项然后将所有对应的内存管理表项10项全部置0即可。创建内存池#define MEM1_BLOCK_SIZE 32 /* 内存块大小为32字节 */ #define MEM1_MAX_SIZE 100*1024 /* 最大管理内存 100K */ /* 内存池(64 字节对齐) */ static __align(64) uint8_t mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; /* 内部SRAM内存池 */字节对齐指数据在内存中的起始地址必须满足其数据类型大小的整数倍要求。原因提升性能ARM Cortex-M内核在访问对齐的数据时效率最高。访问未对齐的数据如从奇数地址读取一个4字节的int可能需要多次内存操作才能拼凑出完整数据这会降低程序执行速度。避免硬件异常这是最关键的一点。Cortex-M0/M0/M1内核完全不支持未对齐访问任何此类操作都会立即触发HardFault异常导致程序崩溃。而M3/M4/M7虽然支持但效率低下且可能在某些情况下出错。满足硬件外设要求许多外设如DMA控制器和总线AHB、APB在传输数据时对源地址和目标地址有严格的对齐要求。创建内存管理表#define MT_TYPE uint16_t static MT_TYPE mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE]; /* 内部SRAM内存池MAP */创建内存管理控制器#define SRAMBANK 3 /* 定义支持的SRAM块数 */ /* 内存管理控制器 */ struct _m_mallco_dev { void (*init)(uint8_t); /* 初始化 */ uint16_t (*perused)(uint8_t); /* 内存使用率 */ uint8_t *membase[SRAMBANK]; /* 内存池 管理SRAMBANK个区域的内存 */ MT_TYPE *memmap[SRAMBANK]; /* 内存管理状态表 */ uint8_t memrdy[SRAMBANK]; /* 内存管理是否就绪 */ }; /* 当前SRAMBANK为1因为只创建了一个内存池可以创建多个内存池*/ /* 内存管理参数 */ const uint32_t memtblsize[SRAMBANK] {MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE}; /* 内存表大小 */ const uint32_t memblksize[SRAMBANK] {MEM1_BLOCK_SIZE}; /* 内存分块大小 */ const uint32_t memsize[SRAMBANK] {MEM1_MAX_SIZE}; /* 内存总大小 */ struct _m_mallco_dev mallco_dev { my_mem_init, /* 内存初始化 */ my_mem_perused, /* 内存使用率 */ mem1base, /* 内存池 */ mem1mapbase /* 内存管理状态表 */ 0, /* 内存管理未就绪 */ }; /** * brief 内存管理初始化 * param memx : 所属内存块 * retval 无 */ 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); /* 内存状态表数据清零 */ mallco_dev.memrdy[memx] 1; /* 内存管理初始化OK */ } /** * brief 设置内存值 * param *s : 内存首地址 * param c : 要设置的值 * param count : 需要设置的内存大小(字节为单位) * retval 无 */ void my_mem_set(void *s, uint8_t c, uint32_t count) { uint8_t *xs s; while (count--) *xs c; } /** * brief 获取内存使用率 * param memx : 所属内存块 * retval 使用率(扩大了10倍,0~1000,代表0.0%~100.0%) */ uint16_t my_mem_perused(uint8_t memx) { uint32_t used 0; uint32_t i; for (i 0; i memtblsize[memx]; i) { if (mallco_dev.memmap[memx][i]) used; } return (used * 1000) / (memtblsize[memx]); }内存分配函数/** * brief 内存分配(内部调用) * param memx : 所属内存块 * param size : 要分配的内存大小(字节) * retval 内存偏移地址 * arg 0 ~ 0xFFFFFFFE : 有效的内存偏移地址 * arg 0xFFFFFFFF : 无效的内存偏移地址 */ static uint32_t my_mem_malloc(uint8_t memx, uint32_t size) { signed long offset 0; uint32_t nmemb; /* 需要的内存块数 */ uint32_t cmemb 0; /* 连续空内存块数 */ uint32_t 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; /* 搜索整个内存控制区 */ for (offset memtblsize[memx] - 1; offset 0; offset--) { 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 */ } /** * brief 分配内存(外部调用) * param memx : 所属内存块 * param size : 要分配的内存大小(字节) * retval 分配到的内存首地址. */ void *mymalloc(uint8_t memx, uint32_t size) { uint32_t offset; offset my_mem_malloc(memx, size); if (offset 0xFFFFFFFF) /* 申请出错 */ { return NULL; /* 返回空(0) */ } else /* 申请没问题, 返回首地址 */ { return (void *)((uint32_t)mallco_dev.membase[memx] offset); } }内存释放函数/** * brief 释放内存(内部调用) * param memx : 所属内存块 * param offset : 内存地址偏移 * retval 释放结果 * arg 0, 释放成功; * arg 1, 释放失败; * arg 2, 超区域了(失败); */ static uint8_t my_mem_free(uint8_t memx, uint32_t offset) { int i; 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. */ } } /** * brief 释放内存(外部调用) * param memx : 所属内存块 * param ptr : 内存首地址 * retval 无 */ void myfree(uint8_t memx, void *ptr) { uint32_t offset; if (ptr NULL) return; /* 地址为0. */ offset (uint32_t)ptr - (uint32_t)mallco_dev.membase[memx]; my_mem_free(memx, offset); /* 释放内存 */ }主函数调用int main(void) { uint8_t *p 0; uint8_t sramx 0; /* 默认为内部sram */ my_mem_init(SRAMIN); /* 初始化内部SRAM内存池 */ while (1) { p mymalloc(sramx, 2048); /* 申请2K字节,并写入内容,显示在lcd屏幕上面 */ if (p ! NULL) { /* 。。。。。。 */ } myfree(sramx, p); /* 释放内存 */ } }声明参考正点原子探索者第49章