C库函数与FreeRTOS内存管理区别

在C语言的库函数中，有mallc、free等函数可以申请以及释放内存空间，那么这为什么不适用于FreeRTOS的内存管理呢？

• 不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中
• 这些函数的实现过于复杂、占据的代码空间太大
• 并非线程安全的(thread-safe)
• 运行有不确定性：每次调用这些函数时花费的时间可能都不相同
• 内存碎片化
• 使用不同的编译器时，需要进行复杂的配置
• 有时候难以调试

FreeRTOS内存管理

FreeRTOS内存管理方式主要依靠堆和栈来实现

• 堆，heap，就是一块空闲的内存，需要提供管理函数
  • malloc：从堆里划出一块空间给程序使用
  • free：用完后，再把它标记为"空闲"的，可以再次使用
• 栈，stack，函数调用时局部变量保存在栈中，当前程序的环境也是保存在栈中
  • 可以从堆中分配一块空间用作栈
    

FreeRTOS内存管理方法比较

Heap_1

它只实现了pvPortMalloc，没有实现vPortFree。
如果你的程序不需要删除内核对象，那么可以使用heap_1
⚫ 实现最简单，在定义好的一个大数组中分配内存
⚫ 没有碎片问题
⚫ 一些要求非常严格的系统里，不允许使用动态内存，就可以使用heap_1

Heap_2

Heap_2之所以还保留，只是为了兼容以前的代码。新设计中不再推荐使用Heap_2。建议使用Heap_4来替代Heap_2，更加高效。 Heap_2也是在数组上分配内存，跟Heap_1不一样的地方在于：
⚫ Heap_2使用最佳匹配算法(best fit)来分配内存
⚫ 它支持vPortFree
⚫最佳匹配算法： 假设heap有3块空闲内存：5字节、25字节、100字节。pvPortMalloc 想申请20字节，找出最小的、能满足pvPortMalloc的内存：25字节 把它划分为20字节、5字节。返回这20字节的地址，剩下的5字节仍然是空闲状态，留给后续的pvPortMalloc使用 。

缺点：

Heap_3

Heap_4

跟Heap_1、Heap_2一样，Heap_4也是使用大数组来分配内存。 Heap_4使用首次适应算法(first
fit)来分配内存。它还会把相邻的空闲内存合并为一个更大的空闲内存，这有助于较少内存的碎片问题。

首次适应算法：
⚫ 假设堆中有3块空闲内存：5字节、200字节、100字节
⚫ pvPortMalloc 想申请20字节
⚫ 找出第1个能满足pvPortMalloc的内存：200字节
⚫ 把它划分为20字节、180字节
⚫ 返回这20字节的地址
⚫ 剩下的180字节仍然是空闲状态，留给后续的pvPortMalloc使用

Heap_5

Heap_5 分配内存、释放内存的算法跟Heap_4是一样的。 相比于Heap_4，Heap_5并不局限于管理一个大数组：它可以管理多块、分隔开的内存。 在嵌入式系统中，内存的地址可能并不连续，这种场景下可以使用Heap_5。既然内存时分隔开的，那么就需要进行初始化：确定这些内存块在哪、多大。

指定内存方法，使用结构体。

typedef struct HeapRegion 
{ 
uint8_t * pucStartAddress; // 起始地址 
size_t xSizeInBytes;       // 大小 
} HeapRegion_t; 

指定多块内存方法

 HeapRegion_t xHeapRegions[] = 
{ 
{ ( uint8_t * ) 0x80000000UL, 0x10000 }, // 起始地址0x80000000，大小0x10000 
{ ( uint8_t * ) 0x90000000UL, 0xa0000 }, // 起始地址0x90000000，大小0xa0000 
{ NULL, 0 } // 表示数组结束 
};

初始化内存

void vPortDefineHeapRegions( const HeapRegion_t * const pxHeapRegions );