第18章 内存管理

18.2 内存管理API函数


    使用如下7个函数可以实现RTX的内存管理：
u _declare_box
u _declare_box8
u _init_box
u _init_box8
u _alloc_box
u _calloc_box
u _free_box
关于这7个函数的讲解及其使用方法可以看教程第3章3.3小节里面说的参考资料rlarm.chm文件
这里我们重点的说一下函数_declare_box，_declare_box8，_init_box，_init_box8，_alloc_box和_free_box。

18.2.1 函数_declare_box


函数原型：
[url=]复制代码[/url]

• #define _declare_box(
•     pool,          /* 内存池变量名 */
•     size,          /* 内存块大小，单位字节 */
•     cnt )          /* 内存池中内存块的个数 */
•     U32 pool[((size+3)/4)*(cnt) + 3]
  

函数描述：
函数_declare_box用于定义一块内存池。
u 第1个参数填写内存池的变量名。
u 第2个参数填写内存块的大小，单位字节。
u 第3个参数填写内存池中内存块的个数。
使用这个函数要注意以下问题：
1.     宏定义中通过操作（size+3）/4保证了每个内存块大小是4字节的倍数，从而也就保证了每个内存块的首地址是4字节对齐的（4字节对齐的含义是地址对4求余等于0）。这里初学者也要注意数据类型的字节对齐问题。
    基本数据类型的字节对齐问题

2.     内存池中额外定义的12个字节用于将内存块做指针链表，方便动态的申请和释放。
使用举例：
复制代码
#include
#define PoolBlocks           10
#define PoolPerBlockSize     8
/* 声明一个内存池，10块，每块大小8字节 */
_declare_box(mpool, PoolPerBlockSize, PoolBlocks);

18.2.2 函数_declare_box8


函数原型：
复制代码
#define _declare_box8(
    pool,          /* 内存池变量名 */
    size,          /* 内存块大小，单位字节 */
    cnt )          /* 内存池中内存块的个数 */
    U64 pool[((size+7)/8)*(cnt) + 2]

函数描述：
函数_declare_box用于定义一块内存池。
u 第1个参数填写内存池的变量名。
u 第2个参数填写内存块的大小，单位字节。
u 第3个参数填写内存池中内存块的个数。
使用这个函数要注意以下问题：
1.     宏定义中通过操作（size+7）/8保证了每个内存块大小是8字节的倍数，从而也就保证了每个内存块的首地址是8字节对齐的（8字节对齐的含义是地址对8求余等于0）。这里初学者也要注意数据类型的字节对齐问题。
2.     内存池中额外定义的16个字节用于将内存块做指针链表，方便动态的申请和释放。
使用举例：
复制代码
#include
#define PoolBlocks           10
#define PoolPerBlockSize     8
/* 声明一个内存池，10块，每块大小8字节 */
_declare_box8(mpool, PoolPerBlockSize, PoolBlocks);

18.2.3 函数_init_box


函数原型：
复制代码
int _init_box  (
    void* box_mem,       /* 内存池首地址 */
    U32   box_size,      /* 内存池大小，单位字节 */
    U32   blk_size );    /* 内存块大小，单位字节 */

函数描述：
函数_init_box用于内存池的初始化，初始化时用到的参数都是源自于_declare_box。
u 第1个参数填写内存池的首地址。
u 第2个参数填写内存池的大小，单位字节。
u 第3个参数填写内存块大小，单位字节。
使用这个函数要注意以下问题：
1.     强烈建议跟函数_declare_box一起使用。用户不要自己去初始化这个函数，用_declare_box声明的才是最保险的。
2.     如果用户没有使用函数_declare_box进行定义，那么要保证内存池首地址是4字节对齐的。
3.     如果用户没有使用函数_declare_box进行定义，那么要保证内存池的大小box_size至少有12个字节，因为这个12个字节是用于将内存块做成指针链表，方便动态申请和释放。

使用举例：
复制代码
#include
#define PoolBlocks           10
#define PoolPerBlockSize     8
/* 声明一个内存池，10块，每块大小8字节 */
_declare_box(mpool, PoolPerBlockSize, PoolBlocks);
/*
*********************************************************************************************************
*         函 数 名: AppObjCreate
*         功能说明: 创建任务通信机制
*         形    参: 无
*         返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppObjCreate (void)
{        
/* 初始化内存池，4字节对齐，*/
_init_box (mpool, sizeof (mpool), PoolPerBlockSize);
}

18.2.4 函数_init_box8


函数原型：
复制代码
int _init_box  (
    void* box_mem,       /* 内存池首地址 */
    U32   box_size,      /* 内存池大小，单位字节 */
    U32   blk_size );    /* 内存块大小，单位字节 */

函数描述：
函数_init_box8用于内存池的初始化，初始化时用到的参数都是源自于_declare_box8。
u 第1个参数填写内存池的首地址。
u 第2个参数填写内存池的大小，单位字节。
u 第3个参数填写内存块大小，单位字节。
使用这个函数要注意以下问题：
1.     强烈建议跟函数_declare_box8一起使用。用户不要自己去初始化这个函数，用_declare_box声明的才是最保险的。
2.     如果用户没有使用函数_declare_box8进行定义，那么要保证内存池首地址是8字节对齐的。
3.     如果用户没有使用函数_declare_box8进行定义，那么要保证内存池的大小box_size至少有16个字节，因为这个16个字节是用于将内存块做成指针链表，方便动态申请和释放。

使用举例：
复制代码
#include
#define PoolBlocks           10
#define PoolPerBlockSize     8
/* 声明一个内存池，10块，每块大小8字节 */
_declare_box8(mpool, PoolPerBlockSize, PoolBlocks);
/*
*********************************************************************************************************
*         函 数 名: AppObjCreate
*         功能说明: 创建任务通信机制
*         形    参: 无
*         返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppObjCreate (void)
{        
/* 初始化内存池，4字节对齐，*/
_init_box8 (mpool, sizeof (mpool), PoolPerBlockSize);
}

18.2.5 函数_alloc_box


函数原型：
复制代码
void *_alloc_box (
    void* box_mem );    /* 内存池的首地址 */

函数描述：
函数_alloc_box用于从首地址是box_mem的内存池中申请一个内存块。
u 第1个参数填写内存池的首地址。
使用这个函数要注意以下问题：
1.     调用此函数前，一定要使用函数_init_box或者_init_box8进行初始化。
2.     函数_alloc_box支持重入，而且是线程安全的，也即是说用户可以没有限制的在主函数和中断中调用此函数。

18.2.6 函数_free_box


函数原型：
复制代码
int _free_box (
    void* box_mem,    /* 内存池首地址 */
    void* box );      /* 要释放的内存块首地址 */

函数描述：
函数_free_box用于释放使用函数_alloc_box申请的内存块。
u 第1个参数填写内存池的首地址。
u 第2个参数填写要释放的内存块首地址。
使用这个函数要注意以下问题：
1.     此函数的第二个参数必须要填写正确，也就是用户使用的时候最好配套_alloc_box一起使用。
2.     函数_alloc_box支持重入，而且是线程安全的，也即是说用户可以没有限制的在主函数和中断中调用此函数。

18.3      实验例程说明(4字节对齐)

18.3.1     STM32F103开发板实验

配套例子：
    V4-417_RTX实验_内存管理（4字节对齐）
实验目的：
    1.     学习RTX的内存管理（4字节对齐）。
    2.     函数_declare_box和_init_box用于4字节对齐的内存池初始化。这里4字节对齐的含义
        a.内存池的首地址是4字节对齐（4字节对齐就是地址对4求余等于0）。
        b.每个内存块大小也得是4字节的倍数，这样才能保证每申请到的一个内存块的首地址也是4字节对齐。
        c.4字节对齐是由RTX系统完成的。
实验内容：
    1. K1按键按下，串口打印。
    2. K2键按下，申请一个内存块用于8位整形变量，然后向消息邮箱发送数据。
    3. K3键按下，申请一个内存块用于16位整形变量，然后向消息邮箱发送数据。
    4. 摇杆OK键按下，申请一个内存块用于32位整形变量，然后向消息邮箱发送数据。
    5. 各个任务实现的功能如下：
      AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。
      AppTaskLED任务     ：LED闪烁。
      AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。
      AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。

RTX配置：
    RTX配置向导详情如下：
u  Task Configuration
l Number of concurrent running tasks
    允许创建4个任务，实际创建了如下四个任务：
                    AppTaskUserIF任务   ：按键消息处理。
                    AppTaskLED任务     ：LED闪烁。
                    AppTaskMsgPro任务 ：消息处理，等待任务AppTaskUserIF发来的消息邮箱数据。
                    AppTaskStart任务    ：启动任务，也是最高优先级任务，这里实现按键扫描。
l Number of tasks with user-provided stack
    创建的4个任务都是采用自定义堆栈方式。

RTX任务调试信息：

程序设计：
u  任务栈大小分配：
    staticuint64_t AppTaskUserIFStk[512/8];   /* 任务栈 */
    staticuint64_t AppTaskLEDStk[256/8];      /* 任务栈 */
    staticuint64_t AppTaskMsgProStk[512/8];  /* 任务栈 */
    staticuint64_t AppTaskStartStk[512/8];     /* 任务栈 */
      将任务栈定义成uint64_t类型可以保证任务栈是8字节对齐的，8字节对齐的含义就是数组的首地址对8求余等于0。如果不做8字节对齐的话，部分C语言库函数，浮点运算和uint64_t类型数据运算会出问题。
u  系统栈大小分配：

RTX初始化：
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: 标准c程序入口。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int main (void)
{  
     /* 初始化外设 */
     bsp_Init();
   
     /* 创建启动任务 */
     os_sys_init_user (AppTaskStart,             /* 任务函数 */
                       4,                        /* 任务优先级 */
                       &AppTaskStartStk,         /* 任务栈 */
                       sizeof(AppTaskStartStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
     while(1);
}

RTX任务创建：
复制代码
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppTaskCreate
*    功能说明: 创建应用任务
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppTaskCreate (void)
{
     HandleTaskUserIF = os_tsk_create_user(AppTaskUserIF,             /* 任务函数 */
                                           1,                         /* 任务优先级 */
                                           &AppTaskUserIFStk,         /* 任务栈 */
                                           sizeof(AppTaskUserIFStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
   
     HandleTaskLED = os_tsk_create_user(AppTaskLED,              /* 任务函数 */
                                        2,                       /* 任务优先级 */
                                        &AppTaskLEDStk,          /* 任务栈 */
                                        sizeof(AppTaskLEDStk));  /* 任务栈大小，单位字节数 */
   
     HandleTaskMsgPro = os_tsk_create_user(AppTaskMsgPro,             /* 任务函数 */
                                           3,                         /* 任务优先级 */
                                           &AppTaskMsgProStk,         /* 任务栈 */
                                           sizeof(AppTaskMsgProStk)); /* 任务栈大小，单位字节数 */
}

内存管理的初始化和消息邮箱的创建：
复制代码
#define PoolBlocks           10
#define PoolPerBlockSize     8
/* 声明一个支持10个消息的消息邮箱 */
os_mbx_declare (mailbox, 10);
/* 声明一个内存池，10块，每块大小8字节 */
_declare_box(mpool, PoolPerBlockSize, PoolBlocks);
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: AppObjCreate
*    功能说明: 创建任务通信机制
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void AppObjCreate (void)
{
     /* 创建消息邮箱 */
      os_mbx_init (&mailbox, sizeof(mailbox));
   
     /* 初始化内存池，4字节对齐，*/
     _init_box (mpool, sizeof (mpool), PoolPerBlockSize);
}