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存储块的原理与创建

news 来源：原创 2025/5/18 12:47:45

问题概述

malloc和free

固定块大小分配

设计原理

设计实现

为RTOS提供内存管理与回收机制

问题概述

malloc和free

extern void *malloc(unsigned int num_bytes);
//malloc向系统申请分配指定size个字节的内存空间。
//返回类型是void *类型

extern void free(void *ptr);
//与malloc()函数配对使用，释放malloc函数申请的动态内存

频繁地进行任意大小的内存分配可能会产生很多不连续的细小的外部碎片，导致无法再次分配。
代码实现比较复杂，分配和释放过程操作时间不确定。

固定块大小分配

支持提供多种不同固定大小的内存分配方式。

预先分配所需的大内存块
将大内存块划分为多个小内存块，用链表链接起来。

嵌入式开发是从程序最底层往上到应用层，所有东西开发都是完全可见的；针对特定场合开发，有时存储空间分配大小的种类通常只有少量几种。

例如：

缺点：

不论何时，各个块类型总是独立持有各空闲存储块，彼此无法共享
有时分配存在少量内部碎片

牺牲了一定存储空间换来简单、快速、确定的分配方式。

设计原理

设计一个存储块结构，在存储块结构中包含空闲的存储块列表。

初始化时根据需求将一个指定的存储空间分割成固定大小的存储块，插入到空闲列表中。

任务需要存储块时，从存储空间中获取。

在存储块结构中加入事件控制块，用于存放需要获取存储块的任务。

当存储空间中没有空闲存储块时，任务等待。

设计实现

存储块结构定义（事件控制块、存储块的首地址、每个存储块的大小、总的存储块个数、存储块列表）
存储块初始化

tMemBlock.c

#include "tMemBlock.h"/* 存储块初始化函数 */
//参数：存储块，存储块分配空间的起始地址，存储块的大小，存储块的数量
void tMemBlockInit(tMemBlock *memBlock, uint8_t *memStart, uint32_t blockSize, uint32_t blockCnt)
{uint8_t *memBlockStart = (uint8_t *)memStart;									//存储空间的起始地址uint8_t *memBlockEnd = memBlockStart + blockSize * blockCnt;	//存储空间的结束地址//对存储空间进行划分时，划分的每一个存储块的大小会作为链表的结点插入链表中，这个链表结点会占用存储块开始的一部分空间，所以要求blockSize不能小于结点大小if(blockSize < sizeof(tNode)){return;}tEventInit(&memBlock->event, tEventTypeMemBlock);memBlock->memStart = memStart;memBlock->blockSize = blockSize;memBlock->maxCount = blockCnt;tListInit(&memBlock->blockList);//初始化存放存储块的链表//从存储区的起始地址，依次划分各个存储块while(memBlockStart < memBlockEnd)//从开始去找到尾部{tNodeInit((tNode *)memBlockStart);//对每一个存储块是要它最开始的存储区作为一个结点，进行初始化tListAddLast(&memBlock->blockList, (tNode *)memBlockStart);//将存储块加到存储块链表中memBlockStart += blockSize;//指针前移}
}

tMemBlock.h

#ifndef __TMEMBOLCK_H
#define __TMEMBOLCK_H#include "tEvent.h"/* 存储块结构 */
typedef struct _tMemBlock
{tEvent event;				//事件控制块void *memStart;			//存储区的起始地址uint32_t blockSize;	//每个存储块的大小uint32_t maxCount;	//最大存储块数量tList blockList;		//存储块列表
}tMemBlock;void tMemBlockInit(tMemBlock *memBlock, uint8_t *memStart, uint32_t blockSize, uint32_t blockCnt);#endif

tinyOS.h

#ifndef __TINYOS_H
#define __TINYOS_H#include <stdint.h>
#include "tLib.h"
#include "tConfig.h"
#include "tTask.h"
#include "tEvent.h"
#include "tSem.h"
#include "tMbox.h"
#include "tMemBlock.h"/* 错误码 */
typedef enum _tError{tErrorNoError = 0,				//没有错误发生tErrorTimeout,						//超时tErrorResourceUnavailable,//资源不可用tErrorDel,								//被删除tErrorResourceFull,				//资源已满
}tError;extern tTask *currentTask;			
extern tTask *nextTask;				uint32_t tTaskEnterCritical(void);
void tTaskExitCritical(uint32_t status);void tTaskSwitch(void);		//和CPU相关，写在switch.c
void tTaskRunFirst(void);void tTaskSchedInit(void);
void tTaskSchedDisable(void);
void tTaskSchedEnable(void);
void tTaskSchedRdy(tTask *task);
void tTaskSchedUnRdy(tTask *task);
void tTaskSchedRemove(tTask *task);
void tTaskSched(void);
void tTimeTaskWait(tTask *task, uint32_t ticks);
void tTimeTaskWakeUp(tTask *task);
void tTimeTaskRemove(tTask *task);
void tTaskSystemTickHandler(void);
void tTaskDelay(uint32_t delay);void tSetSysTickPeriod(uint32_t ms);
void tInitApp(void);#endif

tEvent.h

#ifndef __TEVENT_H
#define __TEVENT_H#include "tTask.h"/* 事件控制块类型 */
typedef enum _tEventType{tEventTypeUnknow,tEventTypeSem, 			//计数信号量tEventTypeMbox,			//邮箱tEventTypeMemBlock,	//存储块	
}tEventType;/* 事件控制块 */
typedef struct _tEvent{tEventType type;		//事件控制块类型tList waitList;			//等待列表
}tEvent;void tEventInit(tEvent *event, tEventType type);
void tEventWait(tEvent *event, tTask *task, void *msg, uint32_t state, uint32_t timeout);
tTask *tEventWakeUp(tEvent *event, void *msg, uint32_t result);
void tEventRemoveTask(tTask *task, void *msg, uint32_t result);
uint32_t tEventRemoveAll(tEvent *event, void *msg, uint32_t result);
uint32_t tEventWaitCount(tEvent *event);#endif

app.c

#include "tinyOS.h"//定义任务，分别为它们配备独立的堆栈空间
tTask tTask1;
tTask tTask2;
tTask tTask3;
tTask tTask4;
tTaskStack task1Env[1024];
tTaskStack task2Env[1024];
tTaskStack task3Env[1024];
tTaskStack task4Env[1024];uint8_t mem1[20][100];
tMemBlock memBlock1;//定义任务要执行的功能
int task1Flag;
void task1Entry(void *param)
{tSetSysTickPeriod(10);//初始化tMemBlockInit(&memBlock1, (uint8_t *)mem1, 100, 20);for(;;)//任务里是for的死循环{task1Flag = 0; tTaskDelay(1);task1Flag = 1;tTaskDelay(1);}
}int task2Flag;
void task2Entry(void *param)
{for(;;){task2Flag = 0;tTaskDelay(1);task2Flag = 1;tTaskDelay(1);}
}
int task3Flag;
void task3Entry(void *param)
{for(;;){task3Flag = 0;tTaskDelay(1);task3Flag = 1;tTaskDelay(1);}
}
int task4Flag;
void task4Entry(void *param)
{for(;;){task4Flag = 0;tTaskDelay(1);task4Flag = 1;tTaskDelay(1);}
}/* 应用任务初始化函数 */
void tInitApp(void)
{//最后一个参数：传堆栈末端地址，因为堆栈是向下生长的，初始堆栈地址是堆栈空间最后一个单元地址的末端tTaskInit(&tTask1, task1Entry, (void *)0x11111111, 0, &task1Env[1024]);tTaskInit(&tTask2, task2Entry, (void *)0x22222222, 1, &task2Env[1024]);tTaskInit(&tTask3, task3Entry, (void *)0x22222222, 1, &task3Env[1024]);tTaskInit(&tTask4, task4Entry, (void *)0x22222222, 1, &task4Env[1024]);
}

存储块的原理与创建

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malloc和free

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