1 嵌入式系統(tǒng)中對(duì)內(nèi)存分配的要求

①快速性。

嵌入式系統(tǒng)中對(duì)實(shí)時(shí)性的保證，要求內(nèi)存分配過(guò)程要盡可能地快。因此在嵌入式系統(tǒng)中，不可能采用通用操作系統(tǒng)中復(fù)雜而完善的內(nèi)存分配策略，一般都采用簡(jiǎn)單、快速的內(nèi)存分配方案。當(dāng)然，對(duì)實(shí)性要求的程序不同，分配方案也有所不同。例如，VxWorks采用簡(jiǎn)單的最先匹配如立即聚合方法;VRTX中采用多個(gè)固定尺寸的binning方案。

②可靠性。

也就是內(nèi)存分配的請(qǐng)求必須得到滿足，如果分配失敗可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境千變?nèi)f化，其中有一些是對(duì)可靠性要求極高的。比如，汽車的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，系統(tǒng)檢測(cè)到即將撞車，如果因?yàn)閮?nèi)存分配失敗而不能相應(yīng)的操作，就會(huì)發(fā)生車毀人亡的事故，這是不能容忍的。

③高效性。

內(nèi)存分配要盡可能地少浪費(fèi)。不可能為了保證滿足所有的內(nèi)存分配請(qǐng)求而將內(nèi)存配置得無(wú)限大。一方面，嵌入式系統(tǒng)對(duì)成本的要求使得內(nèi)存在其中只是一種很有限的資源;另一方面，即使不考慮成本的因素，系統(tǒng)有限的空間和有限的板面積決定了可配置的內(nèi)存容量是很限的。

2 靜態(tài)分配與動(dòng)態(tài)分配

究竟應(yīng)用使用靜態(tài)分配還是動(dòng)態(tài)分配，一直是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)爭(zhēng)論不休的總是。當(dāng)然，最合適的答案是對(duì)于不同的系統(tǒng)采用不同的方案。如果是系統(tǒng)對(duì)于實(shí)時(shí)性和可靠性的要求極高（硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)），不能容忍一點(diǎn)延時(shí)或者一次分配失敗，當(dāng)然需要采用靜態(tài)分配方案，也就是在程序編譯時(shí)所需要的內(nèi)存都已經(jīng)分配好了。例如，火星探測(cè)器上面的嵌入式系統(tǒng)就必須采用靜態(tài)分配的方案。

另外，WindRiver公司的一款專門用于汽車電子和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) OSEKWorks中就不支持內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配。在這樣的應(yīng)用場(chǎng)合，成本不支持內(nèi)存的動(dòng)態(tài)分配。在這樣的應(yīng)用場(chǎng)合，成本不是優(yōu)先考慮的對(duì)象，實(shí)時(shí)性和可靠性才是必須保證的。當(dāng)然，采用靜態(tài)分配一個(gè)不可避免的總是就是系統(tǒng)失去了靈活性，必須在設(shè)計(jì)階段就預(yù)先知道所需要的內(nèi)存并對(duì)之作出分配;必須在設(shè)計(jì)階段就預(yù)先考慮到所有可能的情況，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)沒(méi)有考慮到的情況，系統(tǒng)就無(wú)法處理。

這樣的分配方案必須導(dǎo)致很大的浪費(fèi)，因?yàn)閮?nèi)存分配必須按照最壞情況進(jìn)行最大的配置，而實(shí)際上在運(yùn)行中可能使用的只是其中的一小部分;而且在硬件平臺(tái)不變的情況下，不可能靈活地為系統(tǒng)添加功能，從而使得系統(tǒng)的升級(jí)變得困難。 大多數(shù)的系統(tǒng)是硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)和軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)的綜合。也就是說(shuō)，系統(tǒng)中的一部分任務(wù)有嚴(yán)格的時(shí)限要求，而另一部分只是要求完成得越快越好。

按照RMS（Rate Monotoin Scheduling）理論，這樣的系統(tǒng)必須采用搶先式任務(wù)調(diào)度;而在這樣的系統(tǒng)中，就可以采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配來(lái)滿足那一部分可靠性和實(shí)時(shí)性要求不那么高的任務(wù)。采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的好處就是給設(shè)計(jì)者很大的靈活性，可以方便地將原來(lái)運(yùn)行于非嵌入式操作系統(tǒng)的程序移植到嵌入式系統(tǒng)中，比如，許多嵌入式系統(tǒng)中使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。如果必須采用靜態(tài)內(nèi)存分配，移植這樣的協(xié)議棧就會(huì)困難得多。另外，采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配可以使設(shè)計(jì)者在不改變基本的硬件平臺(tái)的情況下，比較靈活地調(diào)整系統(tǒng)的功能，在系統(tǒng)中各個(gè)功能之間作出權(quán)衡。例如，可以在支持的VLAN數(shù)和支持的路由條目數(shù)之間作出調(diào)整，或者不同的版本支持不同的協(xié)議。

說(shuō)到底，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配給了嵌入式系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)者在比較少的限制和較大的自由。因此，大多數(shù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)提供了動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配接口，例如malloc和free 函數(shù)。

3 RTOS提供的內(nèi)存分配接口

不同的RTOS由于其不同的定位，采用不同的內(nèi)存分配策略。例如VRTX中，采用類似于GNU C中由Doug Lea開(kāi)發(fā)的內(nèi)存分配方案，即Binning算法，系統(tǒng)內(nèi)存被分成了一些固定尺寸的內(nèi)存塊的算法，系統(tǒng)內(nèi)存被分成了一些固定尺寸的內(nèi)存塊的集合。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是查找速度快而且不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。但是，它的缺點(diǎn)也很明顯，就是容易造成浪費(fèi)，因?yàn)閮?nèi)存塊的尺寸只有有限個(gè)，分配時(shí)只能取較大的內(nèi)存塊來(lái)滿足一個(gè)較小的需求，累積起來(lái)，浪費(fèi)就很大了;而且操作系統(tǒng)管理這樣一個(gè)內(nèi)存分配表也是一個(gè)很大的負(fù)擔(dān)。

下面詳細(xì)介紹一下我們常用的RTOS——美國(guó)風(fēng)河公司（WindRiver）的VxWorks中采用的內(nèi)存分配策略。

VxWorks的前身就是VRTX，據(jù)說(shuō)VxWorks的名稱來(lái)自make vrtx work。 VxWorks的內(nèi)存管理函數(shù)存在于2個(gè)庫(kù)中;memPartLib（緊湊的內(nèi)存分區(qū)管理器）和memLib（完整的內(nèi)存分區(qū)管理器）。前者 （memPartLib）提供的工具用于從內(nèi)存分區(qū)中分配內(nèi)存塊。該庫(kù)包含兩類程序，一類是通用工具創(chuàng)建和管理內(nèi)存分區(qū)并從這些分區(qū)中分配和管理內(nèi)存塊; 另一類是標(biāo)準(zhǔn)的malloc/free程序提供與內(nèi)存分區(qū)的接口。系統(tǒng)內(nèi)存分區(qū)（其ID為memSysPartId是一個(gè)全局變量）在內(nèi)核初始化時(shí)由 usrRoot調(diào)用memInit創(chuàng)建。其開(kāi)始地址為RAM中緊接著VxWorks的BSS段之后，大小為所有空閑內(nèi)存，如圖1所示。

當(dāng)創(chuàng)建其它分區(qū)時(shí)，一般需要先調(diào)用malloc從系統(tǒng)內(nèi)存分區(qū)中分配一段內(nèi)存才能創(chuàng)建。內(nèi)存分區(qū)的結(jié)構(gòu)定義為mem_part，包含1個(gè)對(duì)象標(biāo)記，1個(gè)雙向鏈表管理空閑塊，1個(gè)信號(hào)量保護(hù)該分區(qū)及一些統(tǒng)計(jì)信息，如總尺寸、最大塊尺寸、調(diào)試選項(xiàng)、已分配的塊數(shù)、已分配的尺寸等。其語(yǔ)句如下： typedef struct mem_part { OBJ_CORE objCore; /*對(duì)象標(biāo)志*/ DL-LIST freeList; /*空閑鏈表*/ SEMAPHORE sem; /*保護(hù)分區(qū)的信號(hào)量*/ Unsigned totalWords; /*分區(qū)中字（WORD）數(shù)*/ Unsigned minBlockWords; /*以字為單位的最小塊尺寸*/ Unsigned options; /*選項(xiàng)，用于調(diào)試或統(tǒng)計(jì)*/ /*分配統(tǒng)計(jì)*/ unsigned curBlocksAllocated; /*當(dāng)前分配的塊數(shù)*/ unsigned curWorkdAllocated; /*當(dāng)前分配的字?jǐn)?shù)*/ unsigned cumBlockAllocated; /*累積分配的塊數(shù)*/ unsigned cumWordsAllocated; /*累積分配的字?jǐn)?shù)*/ }PARTITION; 一般系統(tǒng)中只有1個(gè)內(nèi)存分區(qū)，即系統(tǒng)分區(qū)，所有任務(wù)所需要的內(nèi)存直接調(diào)用malloc從其中分配。

分配采用 First-Fit算法（注意這種算法容易導(dǎo)致大量碎片），通過(guò)free釋放的內(nèi)存將被聚合以形成更大的空閑塊。這就是VxWorks的內(nèi)存分配機(jī)理。分配時(shí)可以要求一定的對(duì)齊格式。注意，不同的 CPU架構(gòu)有不同的對(duì)齊要求。為了優(yōu)化性能，malloc返回的指針是經(jīng)過(guò)對(duì)齊的，為此的開(kāi)銷隨構(gòu)不同而不同。例如，68K為4字節(jié)對(duì)齊，開(kāi)銷8字節(jié);SPARC為8字節(jié)對(duì)齊，開(kāi)銷12字節(jié);MIPS為16字節(jié)對(duì)齊，開(kāi)銷12字節(jié);I960為16字節(jié)對(duì)齊，開(kāi)銷16字節(jié)。

MemLib庫(kù)中提供了增強(qiáng)的內(nèi)存分區(qū)管理工具，并且增加了一些接口，而且可以設(shè)置調(diào)試選項(xiàng)。可以檢測(cè)2類錯(cuò)誤：

①嘗試分配太大的內(nèi)存;

②釋放內(nèi)存時(shí)發(fā)現(xiàn)壞塊。

有4種錯(cuò)誤處理選項(xiàng)，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)記錄消息或掛起任務(wù)。 但是，使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配malloc/free時(shí)要注意到以下幾方面的限制。

①因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)存分區(qū)是一種臨界資源，由信號(hào)量保護(hù)，使用malloc會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前調(diào)用掛起，因此它不能用于中斷服務(wù)程序;

②因?yàn)檫M(jìn)行內(nèi)存分配需要執(zhí)行查找算法，其執(zhí)行時(shí)間與系統(tǒng)當(dāng)前的內(nèi)存使用情況相關(guān)，是不確定的，因此對(duì)于有規(guī)定時(shí)限的操作它是不適宜的;

③由于采用簡(jiǎn)單的最先匹配算法，容易導(dǎo)致系統(tǒng)中存在大量的內(nèi)存碎片，降低內(nèi)存使用效率和系統(tǒng)性能。 針對(duì)這種情況，一般在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用靜態(tài)分配與動(dòng)態(tài)分配相結(jié)合的方法。也就是對(duì)于重要的應(yīng)用，在系統(tǒng)初始化時(shí)分配好所需要的內(nèi)存。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中不再進(jìn)行內(nèi)存的分配/釋放，這樣就避免了因內(nèi)存的分配釋放帶來(lái)的總是。而且在系統(tǒng)初始化，因?yàn)闆](méi)有內(nèi)存碎片，對(duì)于大的內(nèi)存塊的需求容易滿足。對(duì)于其它的應(yīng)用，在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。尤其是某些應(yīng)用所要求的大量固定尺寸的小內(nèi)存塊，這時(shí)就可以采用一次分配多次使用的內(nèi)存分配方案。下面詳細(xì)介紹這種內(nèi)存分配方案及其應(yīng)用場(chǎng)合。

4 一次分配多次使用的內(nèi)存分配方案

在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常有一些類似于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用。這些應(yīng)用的特點(diǎn)是在內(nèi)存中管理一些樹(shù)，比如以太網(wǎng)交換機(jī)中的MAC地址表、VLAN表等，或者路由器中的路由表。這些樹(shù)是由許多相同尺寸的節(jié)點(diǎn)組成的。這樣，就可以每次分配一個(gè)大的緩沖池，比如包含多個(gè)內(nèi)存單元的數(shù)組，每個(gè)內(nèi)存單元用于1個(gè)節(jié)點(diǎn)。我們用一個(gè)空閑鏈表來(lái)管理該數(shù)組中的空閑內(nèi)存單元。每次程序需要分配內(nèi)存以創(chuàng)建1個(gè)新的節(jié)點(diǎn)時(shí)，就從空閑鏈表中取1個(gè)單元給調(diào)用者。程序刪除節(jié)點(diǎn)并釋放內(nèi)存時(shí)，將釋放的內(nèi)存單元返還給空閑鏈表。如果鏈表中的空閑內(nèi)存單元取空了，就再次調(diào)用malloc從系統(tǒng)內(nèi)存中分配一個(gè)大的內(nèi)存塊作為新的緩沖池。

采用這樣一種方案主要有如下優(yōu)點(diǎn)：

①減少了malloc/free的調(diào)用次數(shù)，從而降低了風(fēng)險(xiǎn)，減少了碎片;

②因?yàn)閺木彌_池中取一個(gè)內(nèi)存單元是時(shí)間確定的（當(dāng)然，如果緩沖池耗盡從而需要重新調(diào)用malloc分配除外），因此它可以用于嚴(yán)格時(shí)限的場(chǎng)合從而保證實(shí)時(shí)性;

③它給用戶以自由來(lái)添加一些用于內(nèi)存分配和釋放的調(diào)試函數(shù)以及一些統(tǒng)計(jì)功能，更好地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中內(nèi)存的使用情況。

這種方案必然涉及到一個(gè)緩沖池的結(jié)構(gòu)。

一般緩沖池的結(jié)構(gòu)由以下幾部分組成：?jiǎn)卧叽纭K尺寸（或者單元數(shù)目）、緩沖池指針、空閑鏈表、用于統(tǒng)計(jì)和調(diào)試的參數(shù)等。對(duì)緩沖池的操作包括創(chuàng)建緩沖池、釋放緩沖池、從緩沖池中分配1個(gè)內(nèi)存單元、釋放內(nèi)存單元回緩沖池等。下面舉2個(gè)例子說(shuō)明一下該方案的具體使用情況。

4.1 Intel交換機(jī)驅(qū)動(dòng)程序中內(nèi)存分配

4.1 Intel交換機(jī)驅(qū)動(dòng)程序中內(nèi)存分配

在以Intel的交換芯片為基礎(chǔ)的交換機(jī)方案中，因?yàn)椴捎玫氖擒浖刂穼W(xué)習(xí)的方式，需要在內(nèi)存中維護(hù)許多數(shù)據(jù)，如MAC地址表的軟拷貝、VLAN表、靜態(tài)單播地址表、組播地址表等。這些表都是由一些樹(shù)組成，每個(gè)樹(shù)由一些固定尺寸的節(jié)點(diǎn)組成。一般每個(gè)節(jié)點(diǎn)幾十個(gè)字節(jié)，每棵樹(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)是可增長(zhǎng)的，少則幾十，最多可到16K個(gè)節(jié)點(diǎn)。

因此，很適合于采用該方案，具體的實(shí)現(xiàn)如下：

（1）緩沖池結(jié)構(gòu) BlockMemMgr typedef struct{ MemSize data_cell_size; /*數(shù)據(jù)單元的尺寸*/ MemSize block_size; /*塊尺寸*/ /*下面的變量為預(yù)定義的每個(gè)管理器最多包含的塊數(shù)，如64 MAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE*/ Unsigned short blocks_being_used;/*已使用的塊數(shù)*/ Void mem_ptr［PAX_BLOCKS_OF_MEM_SIZE］; /*塊數(shù)組*/ SLList free_data_cells_list; /*空閑鏈表*/ }BlockMemMgr; 結(jié)構(gòu)中的參數(shù)包括：?jiǎn)卧叽纭K尺寸、已用塊數(shù)、所有塊的地址、空閑鏈表（單向鏈表）。

（2）緩沖池的管理函數(shù)

◆block_mem_create：創(chuàng)建塊內(nèi)存管理器，參數(shù)包括內(nèi)存指針（如為NULL，表示自己分配）、塊尺寸、單元尺寸、返回管理器指針。 過(guò)程如下：

①檢驗(yàn)參數(shù)合法性。

②單元尺寸4字節(jié)對(duì)齊，計(jì)算每個(gè)塊中的單元數(shù)。對(duì)內(nèi)存指針進(jìn)行4字節(jié)對(duì)齊或者分配內(nèi)存指針。

③初始化結(jié)構(gòu)BlockMemMgr，包括單元尺寸和塊尺寸。設(shè)置第1個(gè)內(nèi)存塊的指針。如果內(nèi)存是外來(lái)的，設(shè)置塊已用標(biāo)志（已用為0），表示不能增加塊;否則，已用塊數(shù)設(shè)為1。

④創(chuàng)建空閑鏈表，將塊內(nèi)所有單元添加到鏈表中，最后一個(gè)單元處于鏈表的最前面。

⑤返回BlockMemMgr。

◆block_mem_destroy：解構(gòu)一個(gè)塊內(nèi)存管理器，釋放它所分配的所有內(nèi)存，調(diào)用者負(fù)責(zé)外部?jī)?nèi)存的釋放。參數(shù)為BlockMemMgr。返回成功失敗標(biāo)志。

①參數(shù)合法性檢測(cè)。

②刪除單向鏈表（設(shè)鏈表指針為NULL）。

③如果塊是動(dòng)態(tài)分配的，釋放它們。 ④釋放結(jié)構(gòu)BlockMemMgr。

◆block_malloc：從塊內(nèi)存管理器中分配1個(gè)單元

◆block_malloc：從塊內(nèi)存管理器中分配1個(gè)單元。參數(shù)為BlockMemMgr，返回?cái)?shù)據(jù)單元指針。

①參數(shù)合法性檢測(cè)。

②判斷空閑鏈表是否為空（是否為NULL）。如果為空，判斷是否可以動(dòng)態(tài)分配塊，如果不能，返回失敗;如果可以動(dòng)態(tài)分配塊，則分配1個(gè)塊，執(zhí)行與 block_mem_create一樣的操作。

③從空閑鏈表中分配第1個(gè)單元，返回其指針。 注意這里有一個(gè)小技巧，即數(shù)據(jù)單元在空閑時(shí)其中存放空閑鏈表的節(jié)點(diǎn)信息，而分配后則存放數(shù)據(jù)內(nèi)容。

◆block_free：釋放1個(gè)數(shù)據(jù)單元，返回塊內(nèi)存管理器。小心不要對(duì)1個(gè)單元釋放2次。參數(shù)為BlockMemMgr和單元指針。 ①參數(shù)合法性檢測(cè)。 ②地址比較，判斷數(shù)據(jù)單元屬于哪個(gè)塊。 ③判斷數(shù)據(jù)單元的內(nèi)容是否為空閑鏈表節(jié)點(diǎn)信息（也就是塊內(nèi)某單元的地址），從而確定是否為2次釋放。 ④將該數(shù)據(jù)單元插入到空閑鏈表的前面。 ⑤引用該單元的指針設(shè)為NULL。 內(nèi)存管理代碼遵守如下約定：①管理的內(nèi)存是實(shí)際可寫的內(nèi)存;②分配內(nèi)存是4字節(jié)或32位對(duì)齊;③block_malloc、block_free在中斷級(jí)調(diào)用是部分安全的，除非BLOCK中已經(jīng)沒(méi)有空閑CELL，需要重新調(diào)用malloc分配新的BLOCK（而malloc和free就不是安全的，因?yàn)槠渲惺褂昧诵盘?hào)量和搜索算法，容易引起中斷服務(wù)程序阻塞）。當(dāng)然，block_mem_create和block_mem_destroy必須在進(jìn)程級(jí)調(diào)用。

4.2 TMS中的內(nèi)存分配

TMS是WindRiver公司為可管理式交換機(jī)推出的開(kāi)發(fā)包。它用用IDB來(lái)管理各種協(xié)議的數(shù)據(jù)，比如STP和GVRP等。為了支持IDB，它建立了自己的緩沖池管理方案，程序在 bufPoolLib.c中。該程序包含用于緩沖池管理的函數(shù)，這些函數(shù)允許從1個(gè)池中分配固定數(shù)目和大小的緩沖區(qū)。通過(guò)預(yù)先分配一定數(shù)目固定大小的緩沖區(qū)，避免了反復(fù)的小的內(nèi)存塊分配/釋放相關(guān)聯(lián)的內(nèi)存碎片和浪費(fèi)。既然它從1個(gè)單一的塊中分配緩沖池，也比對(duì)每一個(gè)緩沖區(qū)執(zhí)行1 次分配有更高的空間效率。模塊對(duì)每個(gè)緩沖區(qū)加上1個(gè)標(biāo)記（MAGIC），釋放時(shí)會(huì)檢查標(biāo)記。模塊給用戶提供分配和釋放操作定義回調(diào)函數(shù)的能力。這樣可以做到自動(dòng)的對(duì)象創(chuàng)建和解構(gòu)，同時(shí)允許由多個(gè)緩沖池分配的成員組成的對(duì)象做為1個(gè)單一的實(shí)體刪除。這類似于C++中自動(dòng)的對(duì)象構(gòu)建和解構(gòu)，不過(guò)是用C語(yǔ)言并且沒(méi)有堆棧分配的負(fù)擔(dān)。模塊既允許從堆棧中分配緩沖池（通過(guò)calloc），也可以在用戶分配的空間中創(chuàng)建它們。模塊用1個(gè)單向鏈表來(lái)維護(hù)未分配的緩沖區(qū)，但不跟蹤已分配的緩沖區(qū)。模塊并不是任務(wù)安全的，用戶需要用信號(hào)時(shí)來(lái)保護(hù)緩沖池。

（1）緩沖池結(jié)構(gòu) typedef struct { ulong_t magic; /*用于一致性檢測(cè)的特殊標(biāo)記*/ Boolean localAlloc; /*內(nèi)存是否在創(chuàng)建緩沖區(qū)時(shí)分配*/ SL_LIST freeList; /*空閑鏈表*/ Void store; /*緩沖區(qū)指向的內(nèi)存指針*/ STATUS（*createFn）（void*，ulong_t argl）; /*創(chuàng)建緩沖區(qū)時(shí)的回調(diào)函數(shù)指針*/ STATUS（*destroyFn）（void*，ulong_targl）;/*釋放緩沖區(qū)時(shí)的回調(diào)函數(shù)指針*/ Ulong_t argVal;/*回調(diào)函數(shù)的參數(shù)*/ } buf_pool_t; 結(jié)構(gòu)中的參數(shù)包括檢查標(biāo)記MAGIC、是否本地分配、空閑鏈表、內(nèi)存指針、創(chuàng)建緩沖池的回調(diào)函數(shù)指針、釋放時(shí)的回調(diào)函數(shù)指針、回調(diào)函數(shù)參數(shù)。

（2）相關(guān)函數(shù)

◆BufPoolInitializeStorage：分配和初始化存儲(chǔ)區(qū)。參數(shù)包括存儲(chǔ)區(qū)地址（如為NULL，則本地分配）、緩沖區(qū)大小、緩沖區(qū)個(gè)數(shù)。

①根據(jù)緩沖區(qū)大小和個(gè)數(shù)獲得所需的內(nèi)存大小。

②如果指針為NULL，則調(diào)用calloc分配內(nèi)存。設(shè)置本地分配標(biāo)志。

③初始化內(nèi)存為0。

④初始化指針。分配的內(nèi)存塊最前面為緩沖池結(jié)構(gòu)buf_pool_t。實(shí)際的存儲(chǔ)區(qū)緊隨其后。Buf_pool_t包含參數(shù)檢查標(biāo)記、是否本地分配、存儲(chǔ)區(qū)地址、分配時(shí)回調(diào)函數(shù)、釋放時(shí)回調(diào)函數(shù)、回調(diào)函數(shù)變量。此時(shí)只設(shè)置存儲(chǔ)區(qū)指針。

◆BufPoolCreate：創(chuàng)建緩沖池。參數(shù)為內(nèi)存制止。緩沖區(qū)尺寸和個(gè)數(shù)，創(chuàng)建時(shí)回調(diào)函數(shù)、釋放時(shí)回調(diào)函數(shù)、回調(diào)函數(shù)參數(shù)。

①尺寸對(duì)齊。

②調(diào)用bufPoolInitializeStorage初始化內(nèi)存區(qū)和buf_pool_t結(jié)構(gòu)。

③用傳入?yún)?shù)填充buf_pool_t結(jié)構(gòu)。 ④將緩沖區(qū)添加到空閑鏈表中，最后的緩沖區(qū)在最前面。

◆BufPoolDestroy：刪除緩沖池。參數(shù)為buf_pool_t指針。

①檢查緩沖池結(jié)構(gòu)中的MAGIC字段是否被個(gè)性。

②如果是本地分配的則翻放內(nèi)存區(qū)。

◆BufPoolAlloc：從緩沖池中分配一個(gè)緩沖區(qū)，參數(shù)為緩沖池結(jié)構(gòu)指針。如果存在空閑緩沖區(qū)，則從空閑鏈表中除并提供給調(diào)用者，執(zhí)行創(chuàng)建時(shí)回調(diào)函數(shù)。如果回調(diào)函數(shù)返回錯(cuò)誤，則將緩沖區(qū)返還給空閑鏈表。

①檢查緩沖池結(jié)構(gòu)中的MAGIC標(biāo)記是否完好。

②從空閑鏈表中取出頭一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

③如果節(jié)點(diǎn)不為空，清空節(jié)點(diǎn)，以其地址為參數(shù)調(diào)用回調(diào)函數(shù)。

④如果回調(diào)函數(shù)返回錯(cuò)誤，則將節(jié)點(diǎn)還給空閑鏈表。 ⑤返回得到空閑緩沖區(qū)地址。

◆BufPoolFree：將緩沖區(qū)返回給緩沖池。如果定義了回調(diào)函數(shù)，將在歸還緩沖之間調(diào)用回調(diào)函數(shù)。參數(shù)為緩沖池結(jié)構(gòu)和緩沖區(qū)指針。

①緩沖池MAGIC標(biāo)記是否完好。

②如果定義回調(diào)函數(shù)、調(diào)用之。如果返回錯(cuò)誤，則設(shè)置錯(cuò)誤號(hào)。

③將緩沖區(qū)添加到空閑鏈表中頭部。

注意該函數(shù)有2點(diǎn)：

①回調(diào)函數(shù)返回錯(cuò)誤，照樣歸還緩沖區(qū)。

②沒(méi)有檢查緩沖區(qū)是否二次釋放，這一點(diǎn)與Intel的驅(qū)動(dòng)程序不同。 另外，TMS的緩沖池沒(méi)有BLOCK要領(lǐng)，不需要判斷哪個(gè)CELL屬于哪個(gè)BLOCK，簡(jiǎn)化 了操作。

5 小結(jié)

許多嵌入式應(yīng)用在RTOS提供的malloc/free的基礎(chǔ)上編寫自己的內(nèi)存管理方案。編寫這樣的內(nèi)存管理方案，目的無(wú)非有兩個(gè)：一是減少對(duì) malloc/free的依賴，從而避免由之帶來(lái)的內(nèi)存碎片、時(shí)間不確定等總是;另一個(gè)是增強(qiáng)程序的查錯(cuò)能力，送還內(nèi)存使用錯(cuò)誤。對(duì)于在嵌入式系統(tǒng)中廣泛存在的數(shù)據(jù)庫(kù)類型的內(nèi)存需求，即分配多個(gè)固定尺寸的內(nèi)存單元的要求，“一閃分配，多次使用”的方案無(wú)疑是一種很好的解決之道。文中介紹的2個(gè)例子很好地體現(xiàn)了它的優(yōu)越性。