一个实用的、可应用于单片机的内存管理模块

深藏阁楼爱情的钟 2023-01-23 08:57 20阅读 0赞

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转自 | 嵌入式大杂烩

本次给大家分享一位大佬写的应用于单片机内存管理模块mem\_malloc，这个mem\_malloc的使用不会产生内存碎片，可以高效利用单片机ram空间。

mem\_malloc代码仓库：

> ❝
> 
> https://github.com/chenqy2018/mem\_malloc
> 
> ❞

## mem\_malloc介绍 ##

一般单片机的内存都比较小，而且没有MMU，malloc 与free的使用容易造成内存碎片。而且可能因为空间不足而分配失败，从而导致系统崩溃，因此应该慎用，或者自己实现内存管理。

mem\_malloc就是一个不会产生内存碎片的、适合单片机使用的内存管理模块。其与使用malloc的区别如：

![0768a8c1e5eac4f0feefd24fdba7b493.png][]

**「算法原理：」**

定义一个数组作为动态分配的堆空间，低地址空间保存管理数据，高地址空间实际分配给用户的缓存(类似堆栈使用，分配是往中间靠拢)，free时移动高地址用户空间(以时间换空间)，使得未使用的空间都是连续的。

## mem\_malloc测试验证 ##

下面以小熊派IOT开发板来做实验。

![e905078b00a735f406de25e0209672de.png][]

实验过程很简单。准备一份开发板带串口打印的工程，下载mem\_malloc，把mem\_malloc.c、mem\_malloc.h复制到工程目录下，并添加到工程里：

![bb1dfd65ab3cb03cf2199bf4e31d4e1b.png][]

![176ffb0505213a0468bdcfdd0286caba.png][]

然后进行编译，编译过程可能会报错：

..\Src\mem_malloc.c(119): error:  #852: expression must be a pointer to a complete object type

这份代码在不同编译器下编译情况不同。gcc下编译不会报错，在keil下编译报如上错误。

keil编译器更严格些。报错原因是对mem\_block结构体的mem\_ptr成员进行操作，而mem\_ptr成员的类型是void\*，而mem\_ptr成员参与运算时的增、减偏移量取决于mem\_ptr的类型，所以这里我们需要指定类型。

我们把相关报错代码修改如：

![4398670fb275b15af107d9d161395a77.png][]

再次编译就正常了。

下面简单看一下mem\_malloc的代码。

**「mem\_malloc.h：」**

#ifndef __MEM_MALLOC_H__
    #define __MEM_MALLOC_H__
    
    #ifdef __cplusplus
    extern "C" {
    #endif
    
    #include <stdio.h> 
    #include <stdint.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <stdarg.h>
    
    #pragma pack(1)
    typedef struct mem_block
    { 
        void   *mem_ptr;  
        unsigned int mem_size; 
        unsigned int mem_index;    
    }mem_block;
    #pragma pack()
    
    #define MEM_SIZE        128
    
    
    void print_mem_info(void);
    void print_hex(char *data, int len);
    void print_mem_hex(int size);
    int mem_malloc(unsigned int msize);
    int mem_realloc(int id, unsigned int msize);
    void *mem_buffer(int id);
    int mem_free(int id);
    
    
    #ifdef __cplusplus
    }
    #endif
    
    #endif

**「mem\_malloc.c：」**

暂不贴出，感兴趣的小伙伴可以在上面的仓库地址自行下载阅读。在本公众号后台回复：**mem\_malloc**，进行获取。

下面对mem\_malloc进行测试验证。

测试代码作者也有给出，这里我们简单测试即可，进行了一些删减及增加了一些注释：

#include "mem_malloc.h"
    
    char mem_id[10]={0};  // 10块内存块
    
    void test_malloc(int i, int size)
    {
     printf("------test_malloc-------\n");
     mem_id[i] = mem_malloc(size);
     if(mem_id[i] == 0)
     {
      printf("malloc --- fail\n");
      printf("size=%d\n", size);
     }
     else
     {
      char *p = mem_buffer(mem_id[i]);
            memset(p, i, size);
            printf("p = 0x%x, i=%d, id=%d, size=%d\n", (int)p, i, mem_id[i], size);
     }
     print_mem_hex(MEM_SIZE);
    }
    
    void test_buffer(int i, int size)
    {
     printf("------test_buffer-------\n");
     printf("i=%d, id = %d, size=%d\n", i, mem_id[i], size);
     char *p = mem_buffer(mem_id[i]);
        if(p != NULL)
     {
      memset(p, 0xf0+i, size);
            print_mem_hex(MEM_SIZE);
     }
     else
     {
      printf("test_buffer---fail\n");
     }
    }
    
    void test_realloc(int i, int size)
    {
     printf("------test_realloc-------\n");
        printf("i=%d, id = %d, size=%d\n", i, mem_id[i], size);
     int ret = mem_realloc(mem_id[i], size);
     if(ret)
     {
      char *p = mem_buffer(mem_id[i]);
      memset(p, 0xa0+i, size);
            print_mem_hex(MEM_SIZE);
     }
     else
     {
      printf("test_realloc---fail\n");
     }
    }
    
    void test_free(int i)
    {
     printf("------test_free-------\n");
     printf("i=%d, id = %d\n", i, mem_id[i]);
     if(mem_free(mem_id[i]))
      print_mem_hex( MEM_SIZE);
    }
    
    void main(void)
    {
     print_mem_info();   // 打印内存信息
     test_malloc(1, 10); // 给申请一块10个字节的内存，标记内存块id为1
     test_malloc(2, 8); // 给申请一块8个字节的内存，标记内存块id为2
     test_malloc(3, 20); // 给申请一块20个字节的内存，标记内存块id为2
    
     test_free(2);  // 释放id为2的内存块的内存
    
     test_malloc(4, 70); // 申请一块70个字节的内存
    
     test_free(1);       // 释放id为1的内存块内存
    
     test_buffer(3, 20); // 获取id为3的内存块地址，并往这个内存块重新写入0xf0+i的数据
    
     test_realloc(3, 10); // 重新分配内存，并往这个内存块重新写入0xa0+i的数据
     
     for(int i=0; i<10; i++)  // 释放所有内存块内存，已释放的不再重新释放
      test_free(i);
    }

运行结果及解析：

![474db87c3c9545727b16d6f3a376b67e.png][]

![7627719d58bddbb4914430678fafd84a.png][]

![fbc27f447617bd0246593c0882bb42c7.png][]

![042299cbce558ce29ee3c373cae70598.png][]

这里设定一个128字节的数组作为堆空间使用。其中数组前面存放的是申请到的内存块的信息，包括内存块地址、大小、索引信息，这三个数据各占4个字节，共12个字节。这里有设计到一个大小端模式的问题，STM32平台为小端模式，即数据的低位存储在内存的低地址中。

申请的内存块从128字节的尾部开始分配，再次申请的内存块依次往前移，释放的内存，则整体内存块往后移动，内存块之前不留空隙，即不产生内存碎片。

以上就是本次的分享，如有错误，欢迎指出，谢谢！

\------------ **END** ------------

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[7627719d58bddbb4914430678fafd84a.png]: /images/20221004/c7cb7d961b5c451abd8587d9a4518d21.png
[fbc27f447617bd0246593c0882bb42c7.png]: /images/20221004/9a11963d0f794dbf96d7ad427d675dcf.png
[042299cbce558ce29ee3c373cae70598.png]: /images/20221004/67ecb32790764ed78a97319bd2730941.png
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