[嵌入式]FreeRTOS笔记—第二章 内存管理

2.1 为什么要自己实现内存管理

为了让FreeRTOS更容易使用，内核对象一般都是动态分配：用到时分配，不使用时释放。使用内存的动态管理功能，简化了程序设计，不再需要小心翼翼地提前规划各类对象，简化API函数的涉及，甚至可以减少内存的使用。

在C语言的库函数中，有mallc、free等函数，但是在FreeRTOS中，它们不适用：

• 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

2.2 什么堆栈

????????其实栈是栈，堆是堆，没有堆栈之说，堆栈通常是指栈。

• 堆，heap，就是一块空闲的内存，需要提供管理函数

  • malloc函数作用：从堆里划出一块空间给程序使用

  • free函数作用：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

  • 栈? ? ?：先进后出 FILO ???first in last out，栈只有一个口，另外一个口是堵死的。

  • ?队列：先进先出 FIFO ???first in first out，队列有两个口，必须入口进去，从出口出来。

2.3 FreeRTOS的5种内存管理方法

FreeRTOS中内存管理的接口函数为：pvPortMalloc 、vPortFree，对应于C库的malloc、free。

文件在FreeRTOS/Source/portable/MemMang下，它也是放在portable目录下，表示你可以提供自己的函数。

参考文章：FreeRTOS说明书吐血整理【适合新手+入门】

注：通过对比可以看出一般最常用的是heap_4.c内存管理方式。

2.4 Heap相关的函数

2.4.1 pvPortMalloc 和 vPortFree

函数原型：

void * pvPortMalloc( size_t xWantedSize ); // 分配内存，如果分配内存不成功，则返回值为NULL。 
void vPortFree( void * pv ); // 释放内存

作用：分配内存、释放内存。如果分配内存不成功，则返回值为NULL。

2.4.2 xPortGetFreeHeapSize

函数原型：

size_t xPortGetFreeHeapSize( void );

当前还有多少空闲内存，这函数可以用来优化内存的使用情况。比如当所有内核对象都分配好后，执行此函数返回2000，那么configTOTAL_HEAP_SIZE就可减小2000。

注意：在heap_3中无法使用。

2.4.3 xPortGetMinimumEverFreeHeapSize

函数原型：

size_t xPortGetMinimumEverFreeHeapSize( void );

返回：程序运行过程中，空闲内存容量的最小值。
注意：只有heap_4、heap_5支持此函数。

2.4.4 malloc失败的钩子函数

在pvPortMalloc函数内部：

void * pvPortMalloc( size_t xWantedSize )
{
    ......
    #if ( configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK == 1 )
        {
            if( pvReturn == NULL )
            {
                extern void vApplicationMallocFailedHook( void );
                vApplicationMallocFailedHook(); //钩子函数
            }
        }
    #endif
    
    return pvReturn;        
}

所以，如果想使用这个钩子函数：

• 在FreeRTOSConfig.h中，把configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK定义为1

• 提供vApplicationMallocFailedHook函数

• pvPortMalloc失败时，才会调用此函数

什么是回调函数、钩子函数

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