作為一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核，必須有向用戶提供申請(qǐng)和釋放內(nèi)存的服務(wù)，uCos作為一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)也不例外。

內(nèi)存的動(dòng)態(tài)申請(qǐng)和釋放在嵌入式編程中經(jīng)常用到，比如我們需要給另外一個(gè)任務(wù)發(fā)送一個(gè)消息，我們就可以在發(fā)送消息前，申請(qǐng)(OSMemGet )一個(gè)內(nèi)存塊，然后把這個(gè)內(nèi)存塊作為消息發(fā)送出去(OSQPost )，消息被處理完后，內(nèi)存塊釋放(OSMemPut)掉，但如果不用內(nèi)存塊來(lái)存放消息內(nèi)容，比如用一個(gè)全局的數(shù)組，也是可以實(shí)現(xiàn)這樣的效果的，但這樣做，管理起來(lái)會(huì)麻煩點(diǎn)，發(fā)送消息的時(shí)間和數(shù)量是不確定的，那么可能需要定義多個(gè)這樣的數(shù)組，而且這些數(shù)組需要進(jìn)行互斥訪問(wèn)，事實(shí)上，uCos已經(jīng)幫我們做好了這些管理，我們只需要使用這些服務(wù)就可以了，而且這些服務(wù)質(zhì)量是很高滴。

uCos的內(nèi)存服務(wù)不同于我們使用malloc或mfree那樣可以申請(qǐng)和釋放任意大小的內(nèi)存塊，由于嵌入式軟件的特殊性，程序里需要申請(qǐng)的內(nèi)存塊大小和數(shù)量是可以預(yù)先估計(jì)和計(jì)算的，換句話說(shuō)，我們根本不需要分配任意大小的內(nèi)存塊，我們只需要申請(qǐng)本應(yīng)用中確定的幾種內(nèi)存塊就足夠了，比如我們?cè)诔绦蛑卸x串口通訊的數(shù)據(jù)包大小是32個(gè)字節(jié)，則我們?cè)谌蝿?wù)間傳遞這樣的串口數(shù)據(jù)包時(shí)，需要用的內(nèi)存塊大小就可以固定為32字節(jié)，當(dāng)然在PC中，這不行，因?yàn)橛脩舻膽?yīng)用程序是不可預(yù)知的，在嵌入式程序中，則是可行的。

uCos的內(nèi)存服務(wù)正如上面所說(shuō)的，我們可以向uCos申請(qǐng)一些特定大小的內(nèi)存塊，當(dāng)然這些內(nèi)存塊的大小是我們可以設(shè)定的，我們首先告訴uCos我們需要的內(nèi)存塊大小為多少，以及這樣的內(nèi)存塊我們最多需要多少個(gè)，然后uCos幫我們建立和管理起來(lái)，以后申請(qǐng)和釋放這個(gè)特定大小的內(nèi)存塊了。

先介紹下uCos的內(nèi)存管理的程序模型，這個(gè)模型事實(shí)上不復(fù)雜，甚至很簡(jiǎn)單，但簡(jiǎn)單并意味著簡(jiǎn)陋。

uCos的內(nèi)存服務(wù)使用實(shí)例如下：

INT8U?? Mem_Of_Buff[100][32];

OS_MEM ?*Mem_Buff;

void uCos_mem_test(void)

{

INT8U err;

INT8U?p_got_mem;

/*?創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)存分區(qū)Mem_Buff，創(chuàng)建后該內(nèi)存分區(qū)里將有100個(gè)大小為32字節(jié)的內(nèi)存塊?*/

Mem_Buff?= OSMemCreate(Mem_Of_Buff, 100, 32, &err);

/*?從內(nèi)存分區(qū)Mem_Buff中申請(qǐng)一個(gè)內(nèi)存塊?*/

p_got_mem?= (INT8U *)OSMemGet(Mem_Buff,&err);

/*把之前申請(qǐng)到的內(nèi)存塊釋放回內(nèi)存分區(qū)Mem_Buff */

OSMemPut (Mem_Buff,p_got_mem);

}

從上面的例子中，可以看出要使用uCos的內(nèi)存管理服務(wù)很簡(jiǎn)單，事實(shí)上，uCos的內(nèi)存管理服務(wù)提供的函數(shù)總共才4個(gè)，她們分別如下：

OS_MEM? *OSMemCreate (void *addr, INT32U nblks, INT32U blksize, INT8U *err)；

void? *OSMemGet (OS_MEM *pmem, INT8U *err)；

INT8U? OSMemPut (OS_MEM? *pmem, void *pblk)；

INT8U? OSMemQuery (OS_MEM *pmem, OS_MEM_DATA *pdata)；

void??OS_MemInit (void)；---?這個(gè)函數(shù)用戶不能調(diào)用

這里又要特別注意，OS_MemInit這個(gè)函數(shù)是由OSInit這個(gè)函數(shù)調(diào)用的，用戶不能也不需要主動(dòng)調(diào)用OS_MemInit函數(shù)。下面我們仔細(xì)分析這幾個(gè)函數(shù)來(lái)學(xué)習(xí)uCos的內(nèi)存管理是怎么實(shí)現(xiàn)的。

uCos的內(nèi)存管理程序的編程大概思路可概況如下：uCos用一個(gè)結(jié)構(gòu)體OS_MEM來(lái)管理一個(gè)內(nèi)存分區(qū)，同時(shí)根據(jù)用戶的配置定義了一個(gè)元素類型為OS_MEM的數(shù)組OSMemTbl來(lái)存放所有的OS_MEM的結(jié)構(gòu)體，同時(shí)這個(gè)OSMemTbl數(shù)組里的每個(gè)元素用鏈表連接起來(lái)，當(dāng)用戶建立一個(gè)分區(qū)時(shí)，則從該鏈表里取出一個(gè)元素來(lái)管理新建立的分區(qū)。所以我們調(diào)用OSMemCreate來(lái)建立一個(gè)新的內(nèi)存分區(qū)時(shí)，返回的是一個(gè)指向OS_MEM的指針，實(shí)際上，返回的就是這個(gè)內(nèi)存管理控制塊的其中某一塊的首地址。

內(nèi)存管理控制塊的鏈表結(jié)構(gòu)如下：

?

如上圖所示，OSMemFreeList是一個(gè)全局變量，他指向鏈表頭結(jié)點(diǎn)。OS_MAX_MEM_PART是一個(gè)供用戶配置的宏，所以用戶建立的內(nèi)存分區(qū)數(shù)不能超過(guò)OS_MAX_MEM_PART這個(gè)值，否則建立分區(qū)失敗。這里特別注意OS_MEM結(jié)構(gòu)體里的OSMemFreeList成員，該成員在該內(nèi)存管理控制塊未被使用前是用來(lái)指向下一個(gè)空閑的內(nèi)存管理控制塊，但當(dāng)該控制塊被用于管理一個(gè)特定的分區(qū)后，OSMemFreeList將被用戶指向該分區(qū)的下一個(gè)空閑內(nèi)存塊。

在調(diào)用OSMemCreate建立分區(qū)時(shí)，uCos會(huì)將該分區(qū)里的每個(gè)內(nèi)存塊通過(guò)鏈表連接起來(lái)，同時(shí)把內(nèi)存管理控制塊的OSMemFreeList成員指向該鏈表的頭結(jié)點(diǎn)。

當(dāng)用戶申請(qǐng)一個(gè)內(nèi)存塊時(shí)，就從該鏈表里取出一個(gè)元素，當(dāng)用戶釋放一個(gè)內(nèi)存塊時(shí)，就把該內(nèi)存塊添加到鏈表里。從上圖可以看出，每個(gè)內(nèi)存塊的啟始地址存放的是下一個(gè)空閑內(nèi)存塊的起始地址，uCos在這里巧妙利用了內(nèi)存塊本身來(lái)構(gòu)建鏈表，使得內(nèi)存的使用效率大大提高，由此也可以看出，每個(gè)內(nèi)存塊的大小至少應(yīng)該能存放一個(gè)指針。而且由于內(nèi)存分區(qū)里的每個(gè)內(nèi)存塊的首地址被用來(lái)存放一個(gè)指針，所以在內(nèi)存分區(qū)里的內(nèi)存必須在調(diào)用OSMemGet獲得該內(nèi)存后，才能進(jìn)行操作，不允許直接操作內(nèi)存分區(qū)里的內(nèi)存塊，盡管我們可以直接對(duì)內(nèi)存分區(qū)里的每個(gè)內(nèi)存塊進(jìn)行操作。

*******************************************************

ucos-II的內(nèi)存管理提供了對(duì)某塊完整內(nèi)存的修改，功能非常簡(jiǎn)單NBNC的代碼大概只有200多行，在整個(gè)內(nèi)核中也基本是獨(dú)立的。它通過(guò)如下方式對(duì)內(nèi)存塊進(jìn)行管理：

OS_MEM *mem; INT8U buff[16][128];void main(void) {INT8U err; mem = OSMemCreate(&buff[0][0],16,128,&err); }

下文分析os_mem.c文件，從全局變量的定義與接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)兩方面記錄ucos-II的內(nèi)存管理機(jī)制。

1. MEM的全局變量

OS_EXT OS_MEM *OSMemFreeList; /* Pointer to free list of memory partitions */ OS_EXT OS_MEM OSMemTbl[OS_MAX_MEM_PART]; /* Storage for memory partition manager */

上面兩個(gè)全局變量在內(nèi)核初始化中由OS_MemInit初始，用戶試圖進(jìn)行管理的一個(gè)內(nèi)存塊，如上例中的buff，對(duì)應(yīng)內(nèi)核中的一個(gè)OS_MEM資源，OS_MEM結(jié)構(gòu)體定義如下：

typedef struct { /* MEMORY CONTROL BLOCK */void *OSMemAddr; /* Pointer to beginning of memory partition */void *OSMemFreeList; /* Pointer to list of free memory blocks */INT32U OSMemBlkSize; /* Size (in bytes) of each block of memory */INT32U OSMemNBlks; /* Total number of blocks in this partition */INT32U OSMemNFree; /* Number of memory blocks remaining in this partition */ } OS_MEM;

2. MEM的接口函數(shù)

建立內(nèi)存分區(qū)OSMemCreate：在該函數(shù)中一個(gè)空閑的OS_MEM資源通過(guò)OSMemFreeList被獲取，同時(shí)這個(gè)內(nèi)存分區(qū)內(nèi)的內(nèi)存塊被初始化為一個(gè)起始地址是OSMemAddr的鏈表。我認(rèn)為這個(gè)鏈表的定義是非常巧妙的，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的值存儲(chǔ)下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址，一次類推，代碼如下（映像中l(wèi)inux內(nèi)核中的萬(wàn)用鏈表也是類似的機(jī)制）：

plink = (void **)addr; //addr是內(nèi)存分區(qū)的起始地址、blksize是內(nèi)存分區(qū)中每個(gè)內(nèi)存塊的大小 pblk = (INT8U *)addr + blksize;for (i = 0; i < (nblks - 1); i++) {*plink = (void *)pblk; //相當(dāng)于把pNext的地址復(fù)制給pCur的值plink = (void **)pblk;pblk = pblk + blksize; }*plink = (void *)0; pmem->OSMemAddr = addr; pmem->OSMemFreeList = addr;

? ? ?2. 主要接口函數(shù)諸如獲取一個(gè)內(nèi)存塊或者釋放一個(gè)內(nèi)存塊，都是對(duì)上述鏈表的操作。但由于鏈表的定義，鏈表的插入和刪除變得很簡(jiǎn)單。例如返回一個(gè)內(nèi)存塊給內(nèi)存分區(qū)：

*(void **)pblk = pmem->OSMemFreeList; //把當(dāng)前的pFree作為pBlk的值 pmem->OSMemFreeList = pblk;//pblk賦值給pFreepmem->OSMemNFree++;

返回前：pData -> OSMemFreeList(old)，
返回后: pData -> pblk -> OSMemFreeList(Old); pblk成為當(dāng)前的OSMemFreeList(New)

獲取一個(gè)內(nèi)存塊給內(nèi)存分區(qū)：

pblk = pmem->OSMemFreeList; //當(dāng)前空節(jié)點(diǎn)的地址返回 pmem->OSMemFreeList = *(void **)pblk; //當(dāng)前空節(jié)點(diǎn)的值（即pNext）賦值給OSMemFreeList pmem->OSMemNFree--;

其他：OS_MEM_DATA 定義了一個(gè)內(nèi)存塊的信息，在OSMemQuery中使用，沒(méi)有特別的意義。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的uCos的内存管理的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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