分享一个实用的、可应用于单片机的内存管理模块
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2021-09-27 08:11
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来源：嵌入式大杂烩
作者：ZhengNL
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：
「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。
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：
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：
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：
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！
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