从uCOSii中抠出来的内存管理程序

news2024/10/7 18:29:34

从uCOSii中抠出来的内存管理程序

1、学习uCOSii的内存管理的原因

操作系统和内存管理是分不开的，每个操作系统都有自己的一套内存管理方法。在实际应用中，我们尽量使用其自带的内存管理。学习和使用uCOSii也有一段时间了，觉得它的内存管理方法比较传统，所以就系统学习了一下。为了便于理解，特地把内存管理的主要函数从uCOSii中抠出来，即使没有用过uCOSii的人也可以理解了。

重点掌握内存控制块初始化、内存池初始化、节点的申请和释放、内存的信息及使用情况。

2、程序代码分析

#define OS_MAX_MEM_PART   2  //内存池数量为2

#define InternalRAM1_StartAddress  0x20001000

#define InternalRAM1_TotalNumberOfBytes  20  //定义内部堆区的大小为20字节

#define InternalRAM1_BlockSize      4  //每个存储块大小为4,必须为4的倍数

#define InternalRAM1_NumberOfBlock         InternalRAM1_TotalNumberOfBytes/InternalRAM1_BlockSize

//存储块的数量

//由于一个指针变量占用4字节,所以块的大小一定要为4的倍数

__align(4) uint8_t InternalRAM1_Array[InternalRAM1_NumberOfBlock][InternalRAM1_BlockSize] __attribute__((at(InternalRAM1_StartAddress)));

#if OS_MAX_MEM_PART >= 2u  //至少有2个内存池

#define InternalRAM2_StartAddress  (InternalRAM1_StartAddress+InternalRAM1_TotalNumberOfBytes)

#define InternalRAM2_TotalNumberOfBytes  24  //定义内部堆区的大小为24字节

#define InternalRAM2_BlockSize      8  //每个存储块大小为8,必须为4的倍数

#define InternalRAM2_NumberOfBlock         InternalRAM2_TotalNumberOfBytes/InternalRAM2_BlockSize

//存储块的数量

//由于一个指针变量占用4字节,所以块的大小一定要为4的倍数

__align(4) uint8_t InternalRAM2_Array[InternalRAM2_NumberOfBlock][InternalRAM2_BlockSize] __attribute__((at(InternalRAM2_StartAddress)));

#endif

typedef struct os_mem

{

         void   *OSMemAddr;   /*根节点地址*/

         void   *OSMemFreeList;/*下一个节点的地址*/

         uint32_t  OSMemBlkSize;/*节点的字节数*/

         uint32_t  OSMemNBlks; /*节点的总数量”*/

         uint32_t  OSMemNFree;/*可用节点数量*/

}OS_MEM;

OS_MEM *MemoryControlBlock1_Pointer;//内存控制块指针

OS_MEM *MemoryControlBlock2_Pointer;//内存控制块指针

typedef struct os_mem_data

{

         void   *OSAddr;     //根节点地址

         void   *OSFreeList; //可用的下一个节点的地址

         int32_t  OSBlkSize; //节点的字节数

  int32_t  OSNBlks;   //节点的总数量

  int32_t  OSNFree;   //可用节点数量

  int32_t  OSNUsed;   //已用节点数量

}OS_MEM_DATA;

OS_MEM_DATA My_OS_MEM_DATA;

#define OS_SUCCESS  0u

#define OS_FAIL     1u

#define OS_FULL     2u

函数功能:对两个内存控制块进行初始化,OSMemFreeList指向"内存控制块0的首地址"

void OS_MemInit(void)

{

         int8_t *pdest;//声明pdest为"一维指针"

         int16_t size;

         OS_MEM  *pmem;//声明pmem为"OS_MEM型结构指针"

         int16_t current,next;

         pdest=(int8_t *)&OSMemTbl[0];//将"内存控制块0的首地址"保存到pdest

         size=sizeof(OSMemTbl);//求内存控制块OSMemTbl[]有多少个字节

         while(size>0)//将内存控制块清0

         {

                   *pdest++ = (int8_t)0;

                   size--;

         }

#if OS_MAX_MEM_PART == 1u  //只有1个内存池

         OSMemFreeList=(OS_MEM *)&OSMemTbl[0];

         //将"内存控制块0的首地址"保存到OSMemFreeList

#endif

#if OS_MAX_MEM_PART >= 2u  //至少有2个内存池

         for(current=0;current< OS_MAX_MEM_PART-1;current++)

         {

                   pmem = &OSMemTbl[current];

        //将"内存控制块current的首地址"保存到pmem

                   next=current+1;

                   pmem->OSMemFreeList = (void *)&OSMemTbl[next];

       //将"内存控制块next的首地址"保存到pmem->OSMemFreeList

         }

         pmem= &OSMemTbl[current];

         //将"内存控制块current的首地址"保存到pmem

         //这里的OSMemTbl[current]是最后一个内存控制块

         pmem->OSMemFreeList=(void *)0;

         /*由于"最后一个内存控制块"没有"下一个内存控制块"了,所有设置"下一个内存控制块的地址"为0*/

         OSMemFreeList=(OS_MEM *)&OSMemTbl[0];

    //将"内存控制块0的首地址"保存到OSMemFreeList

#endif

}

//函数功能:初始化内存池和内存控制块

//addr为根节点地址

//nblks为节点的总数量

//blksize为节点的字节数

//返回值为内存控制块指针

OS_MEM  *OSMemCreate (void *addr,uint32_t nblks,uint32_t blksize,uint8_t *perr)

{

         OS_MEM  *pmem;//声明pmem为"OS_MEM型结构指针"

         uint8_t *pblk;//声明pblk为"一维指针"

         void  **plink;//声明plink为"void型二维指针"

         uint32_t loops;

         uint32_t i;

         if(addr == (void *)0)//根节点地址addr为0

         {

                   *perr = OS_FAIL;

                   return ((OS_MEM *)0);

         }

         if(((int32_t)addr & (sizeof(void *) - 1u)) != 0u) // addr不是4字节对齐

         {

                   *perr = OS_FAIL;

                   return ((OS_MEM *)0);

         }

         if(nblks < 2)//节点的总数量只有1个

         {

                   *perr = OS_FAIL;

                   return ((OS_MEM *)0);

         }

         if (blksize < sizeof(void *))//节点的字节数小于4

         {

                   *perr = OS_FAIL;

                   return ((OS_MEM *)0);

         }

         pmem = OSMemFreeList;//读取内存控制块指针

         if (OSMemFreeList != (OS_MEM *)0)

         {

                   OSMemFreeList = (OS_MEM *)OSMemFreeList->OSMemFreeList;

                   /*将"下一个内存控制块的首地址"保存到OSMemFreeList,为初始化下一个内存池做准备*/

         }

         plink = (void **)addr;

    //将"void型一维指针addr"强制转换为"void型二维指针"保存到plink中

         pblk = (uint8_t *)addr;

    //将"void型一维指针addr"强制转换为"uint8_t型一维指针"保存到pblk中

         loops = nblks-1;//nblks为节点的总数量

         for(i=0;i<loops;i++)

         {

                   pblk +=blksize;

       //将"下一个节点的首地"址保存到"uint8_t型一维指针pblk"

                   *plink = (void  *)pblk;

/*将"uint8_t型一维指针pblk"强制转换为"void型一维指针"保存到"void型一维指针(*plink)"中*/

                   plink = (void **)pblk;

/*将"uint8_t型一维指针pblk"强制转换为"void型二维指针",保存到"void型二维指针plink"中*/

         }

         *plink = (void *)0;

         //由于"最后一个节点"没有"下一个节点"了,所有设置"下一个节点的地址"为0

         pmem->OSMemAddr= addr;

         pmem->OSMemFreeList = addr;

         pmem->OSMemNFree= nblks;

         pmem->OSMemNBlks    = nblks;

         pmem->OSMemBlkSize  = blksize;

         return (pmem);//返回内存控制块指针

}

//函数功能:根据"内存控制块指针pmem",申请一个节点

//pmem为内存控制块指针

void *OSMemGet(OS_MEM *pmem,uint8_t *perr)

{

         void *pblk;//声明pblk为"void型一维指针"

         if (pmem == (OS_MEM *)0)

         {//内存控制块指针pmem为0

                   *perr = OS_FAIL;

                   return ((void *)0);

         }

         if(pmem->OSMemNFree > 0u)//"空闲节点计数器"大于0,说明有空闲的节点存在

         {

                   pblk = pmem->OSMemFreeList;

                   /*从内存控制块中,读取下一个节点的首地址,并将它保存到pblk中,这就是"申请到的节点"的首地址*/

                   pmem->OSMemFreeList = *(void **)pblk;

                   /*在内存池中,将"pblk为首地址数据块"强制转换为"void型二维指针",其"所指向单元的内容"为指针数据*/

                   /*将读到的指针数据保存到pmem->OSMemFreeList中,这就是"申请到的节点"的下一个节点的首地址*/

                   pmem->OSMemNFree--;//空闲节点计数器减1;

                   *perr = OS_SUCCESS;//建立成功标志

                   return (pblk);//返回"申请到的节点"的首地址

         }

         *perr=OS_FAIL;//建立失败标志

         return ((void *)0);//返回0

}

//函数功能:释放一个节点

//pmem为内存控制块指针

//pblk为待释放的节点指针

int8_t OSMemPut(OS_MEM *pmem,void *pblk)

{

         if(pmem == (OS_MEM *)0) return (OS_FAIL);

         if(pblk == (void *)0)   return (OS_FAIL);

         if(pmem->OSMemNFree >= pmem->OSMemNBlks) return (OS_FULL);

         *(void **)pblk = pmem->OSMemFreeList;

//将pblk强制转换为"void型二维指针",其"所指向单元的内容"为指针域

//从内存控制块中,读取"待释放的节点的下一个节点的首地址",并将它保存到指针域

         pmem->OSMemFreeList = pblk;

//将"待释放的节点指针"保存到内存控制块中,记录"下一个节点的首地址"

         pmem->OSMemNFree++;//空闲节点计数器加1;

         return (OS_SUCCESS);

}

int8_t OSMemQuery(OS_MEM *pmem,OS_MEM_DATA  *p_mem_data)

{

         if (pmem == (OS_MEM *)0) return (OS_FAIL);

         if (p_mem_data == (OS_MEM_DATA *)0) return (OS_FAIL);

         p_mem_data->OSAddr     = pmem->OSMemAddr;

    //从内存控制块中读取"根节点地址"

         p_mem_data->OSFreeList = pmem->OSMemFreeList;

    //从内存控制块中读取"下一个节点的地址"

         p_mem_data->OSBlkSize  = pmem->OSMemBlkSize;

    //从内存控制块中读取"节点的字节数量"

         p_mem_data->OSNBlks    = pmem->OSMemNBlks;

    //从内存控制块中读取"节点的总数量"

         p_mem_data->OSNFree    = pmem->OSMemNFree;

    //从内存控制块中读取"可用节点的数量"

         p_mem_data->OSNUsed    = p_mem_data->OSNBlks - p_mem_data->OSNFree;

         //"已用节点数量" = "节点的总数量" - "可用节点的数量"

         return(OS_SUCCESS);

}

const char RootNode_REG[]="\r\nRootNode=0x";

const char NextNode_REG[]="   NextNode=0x";

const char TotalNumberOfNode_REG[]="   TotalNumberOfNode=";

const char SizeOfNode_REG[]="   SizeOfNode=";

const char Bytes_REG[]="Bytes";

const char NumberOfUsedNode_REG[]="   NumberOfUsedNode=";

const char NumberOfFreeNode_REG[]="   NumberOfFreeNode=";

const char Mymemory_REG[]="\r\nMymemory: ";

void Do_OSMemQuery(void)

{

         u32 *pblk;//声明pblk为"u32型一维指针"

         u8 i;

         OSMemQuery(MemoryControlBlock1_Pointer,&My_OS_MEM_DATA);

         printf("%s",RootNode_REG);printf("%p",My_OS_MEM_DATA.OSAddr);

   //打印根节点地址

         printf("%s",NextNode_REG);printf("%p",My_OS_MEM_DATA.OSFreeList);

   //打印下一节点地址

         //printf("%s",SizeOfNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSBlkSize);printf("%s",Bytes_REG);//打印节点字节数

         //printf("%s",NumberOfUsedNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSNUsed);//打印已用节点数量

         //printf("%s",NumberOfFreeNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSNFree);//打印未用节点数量

         //printf("%s",TotalNumberOfNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSNBlks);//打印节点总数量

         printf("   %u + %u = %u",My_OS_MEM_DATA.OSNFree,My_OS_MEM_DATA.OSNUsed,My_OS_MEM_DATA.OSNBlks);

         printf("%s",Mymemory_REG);

         pblk=(u32 *)&InternalRAM1_Array[0];

         for(i=0;i<InternalRAM1_TotalNumberOfBytes/4;i++)

         {

                   printf("  0x%08x",*pblk);

                   pblk++;

         }

}

void MEMORY_Test(void)

{

         u8 err;

         u8 *ptr1,*ptr2;

         printf("\r\n\r\nReady...");

         Do_OSMemQuery();

         printf("\r\nmalloc1:");

         ptr1 = OSMemGet(MemoryControlBlock1_Pointer,&err);

//根据"内存控制块指针MemoryControlBlock1_Pointer",申请一个节点

         if(ptr1!=NULL) *(u32*)ptr1=0x12345678;

         Do_OSMemQuery();

         printf("\r\nmalloc2:");

         ptr2 = OSMemGet(MemoryControlBlock1_Pointer,&err);

         if(ptr2!=NULL) *(u32*)ptr2=0x87654321;

         Do_OSMemQuery();

         printf("\r\nfree1:");

         if(ptr2!=NULL)//后申请的先释放

         {

                   OSMemPut(MemoryControlBlock1_Pointer,ptr2);

//释放一个内存块,首地址为ptr2

                   Do_OSMemQuery();

                   ptr2=NULL;

         }

         printf("\r\nfree2:");

         if(ptr1!=NULL)//先申请的后释放

         {

                   OSMemPut(MemoryControlBlock1_Pointer,ptr1);

       //释放一个内存块,首地址为ptr1

                   Do_OSMemQuery();

                   ptr1=NULL;

         }

}

测试结果如下：

void Do_OSMemQuery2(void)

{

         u32 *pblk;//声明pblk为"u32型一维指针"

         u8 i;

         OSMemQuery(MemoryControlBlock2_Pointer,&My_OS_MEM_DATA);

         printf("%s",RootNode_REG);printf("%p",My_OS_MEM_DATA.OSAddr);

    //打印根节点地址

         printf("%s",NextNode_REG);printf("%p",My_OS_MEM_DATA.OSFreeList);

    //打印下一节点地址

         //printf("%s",SizeOfNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSBlkSize);printf("%s",Bytes_REG);//打印节点字节数

         //printf("%s",NumberOfUsedNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSNUsed);//打印已用节点数量

         //printf("%s",NumberOfFreeNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSNFree);//打印未用节点数量

         //printf("%s",TotalNumberOfNode_REG);printf("%u",My_OS_MEM_DATA.OSNBlks);//打印节点总数量

         printf("   %u + %u = %u",My_OS_MEM_DATA.OSNFree,My_OS_MEM_DATA.OSNUsed,My_OS_MEM_DATA.OSNBlks);

         printf("%s",Mymemory_REG);

         pblk=(u32 *)&InternalRAM2_Array[0];

         for(i=0;i<InternalRAM2_TotalNumberOfBytes/4;i++)

         {

                   printf("  0x%08x",*pblk);

                   pblk++;

         }

}

void MEMORY2_Test(void)

{

         u8 err;

         u8 *ptr1,*ptr2;

         printf("\r\n\r\nReady...");

         Do_OSMemQuery2();

         printf("\r\nmalloc1:");

         ptr1 = OSMemGet(MemoryControlBlock2_Pointer,&err);

//根据"内存控制块指针MemoryControlBlock2_Pointer",申请一个节点

         if(ptr1!=NULL) *(u32*)ptr1=0x12345678;

         Do_OSMemQuery2();

         printf("\r\nmalloc2:");

         ptr2 = OSMemGet(MemoryControlBlock2_Pointer,&err);

         if(ptr2!=NULL) *(u32*)ptr2=0x87654321;

         Do_OSMemQuery2();

         printf("\r\nfree1:");

         if(ptr2!=NULL)//后申请的先释放

         {

                   OSMemPut(MemoryControlBlock2_Pointer,ptr2);

        //释放一个内存块,首地址为ptr2

                   Do_OSMemQuery2();

                   ptr2=NULL;

         }

         printf("\r\nfree2:");

         if(ptr1!=NULL)//先申请的后释放

         {

                   OSMemPut(MemoryControlBlock2_Pointer,ptr1);

       //释放一个内存块,首地址为ptr1

                   Do_OSMemQuery2();

                   ptr1=NULL;

         }

}

测试结果：

3、程序测试结果

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