1.簡介

內存管理：指軟件運行時對計算機內存資源的分配和使用的技術。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在適當的時候釋放和回收內存資源。 內存管理的實現方法有很多種，最終都是要實現兩個函數： malloc 和 free。

malloc ：函數用于內存申請； 

free： 函數用于內存釋放。

1.1 分塊式內存管理原理

由上圖可知，分塊式內存管理由內存池和內存管理表兩部分組成。內存池被等分為 n塊，對應的內存管理表，大小也為 n，內存管理表的每一個項對應內存池的一塊內存。

內存管理表的項值代表的意義：當該項值為 0 的時候，代表對應的內存塊未被占用；當該項值非零的時候，代表該項對應的內存塊已經被占用，其數值則代表被連續占用的內存塊數。

比如：某項值為 10，那么說明包括本項對應的內存塊在內，總共分配了 10 個內存塊給外部的某個指針。內寸分配方向如圖所示，是從頂—>底的分配方向。即首先從最末端開始找空內存。當內存管理剛初始化的時候，內存表全部清零，表示沒有任何內存塊被占用。

1.2 分配原理

當指針 p 調用 malloc 申請內存的時候，先判斷 p 要分配的內存塊數（m），然后從第 n 項開始，向下查找，直到找到 m 塊連續的空內存塊（即對應內存管理表項為 0），然后將這 m 個內存管理表項的值都設置為 m（標記被占用），最后，把最后的這個空內存塊的地址返回指針 p，完成一次分配。

注：如果當內存不夠的時候（找到最后也沒找到連續的 m 塊空閑內存），則返回 NULL 給 p，表示分配失敗。

1.2 釋放原理

當 p 申請的內存用完，需要釋放的時候，調用 free 函數實現。 free 函數先判斷 p 指向的內存地址所對應的內存塊，然后找到對應的內存管理表項目，得到 p 所占用的內存塊數目 m（內存管理表項目的值就是所分配內存塊的數目），將這 m 個內存管理表項目的值都清零，標記釋放，完成一次內存釋放。

2.軟件分析

頭文件:

#ifndef __MALLOC_H

#define __MALLOC_H

#include "stm32f10x.h"

#ifndef NULL

#define NULL 0

#endif

//內存參數設定.

#define MEM_BLOCK_SIZE          32                              //內存塊大小為32字節

#define MEM_MAX_SIZE            42*1024                         //最大管理內存 42K

#define MEM_ALLOC_TABLE_SIZE    MEM_MAX_SIZE/MEM_BLOCK_SIZE     //內存表大小

//內存管理控制器

struct _m_mallco_dev

{

    void (*init)(void);             //初始化

    u8 (*perused)(void);            //內存使用率

    u8  *membase;                   //內存池 

    u16 *memmap;                    //內存管理狀態表

    u8  memrdy;                     //內存管理是否就緒

};

extern struct _m_mallco_dev mallco_dev; //在mallco.c里面定義

void mymemset(void *s,u8 c,u32 count);  //設置內存

void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n);//復制內存     

void mem_init(void);                     //內存管理初始化函數(外/內部調用)

u32 mem_malloc(u32 size);               //內存分配(內部調用)

u8 mem_free(u32 offset);                //內存釋放(內部調用)

u8 mem_perused(void);                   //得內存使用率(外/內部調用) 

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//用戶調用函數

void myfree(void *ptr);                 //內存釋放(外部調用)

void *mymalloc(u32 size);               //內存分配(外部調用)

void *myrealloc(void *ptr,u32 size);    //重新分配內存(外部調用)

#endif

參考例程：

#include "malloc.h"     

//內存池(4字節對齊)

__align(4) u8 membase[MEM_MAX_SIZE];            //SRAM內存池

//內存管理表

u16 memmapbase[MEM_ALLOC_TABLE_SIZE];           //SRAM內存池MAP

//內存管理參數       

const u32 memtblsize=MEM_ALLOC_TABLE_SIZE;      //內存表大小

const u32 memblksize=MEM_BLOCK_SIZE;            //內存分塊大小

const u32 memsize=MEM_MAX_SIZE;                 //內存總大小

//內存管理控制器

struct _m_mallco_dev mallco_dev=

{

    mem_init,           //內存初始化

    mem_perused,        //內存使用率

    membase,            //內存池

    memmapbase,         //內存管理狀態表

    0,                  //內存管理未就緒

};

//復制內存

//*des:目的地址

//*src:源地址

//n:需要復制的內存長度(字節為單位)

void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n)  

{  

    u8 *xdes=des;

    u8 *xsrc=src; 

    while(n--)

        *xdes++=*xsrc++;  

}  

//設置內存

//*s:內存首地址

//c :要設置的值

//count:需要設置的內存大小(字節為單位)

void mymemset(void *s,u8 c,u32 count)  

{  

    u8 *xs = s;  

    while(count--)

        *xs++=c;  

}      

//內存管理初始化  

void mem_init(void)  

{  

    mymemset(mallco_dev.memmap, 0,memtblsize*2);//內存狀態表數據清零  

    mymemset(mallco_dev.membase, 0,memsize);    //內存池所有數據清零  

    mallco_dev.memrdy=1;                        //內存管理初始化OK  

}  

//獲取內存使用率

//返回值:使用率(0~100)

u8 mem_perused(void)  

{  

    u32 used=0;  

    u32 i;  

    for(i=0;i

    {  

        if(mallco_dev.memmap[i])

            used++; 

    } 

    return (used*100)/(memtblsize);  

}  

//內存分配(內部調用)

//memx:所屬內存塊

//size:要分配的內存大小(字節)

//返回值:0XFFFFFFFF,代表錯誤;其他,內存偏移地址 

u32 mem_malloc(u32 size)  

{  

    signed long offset=0;  

    u16 nmemb;  //需要的內存塊數  

    u16 cmemb=0;//連續空內存塊數

    u32 i;  

    if(!mallco_dev.memrdy)

        mallco_dev.init();  //未初始化,先執行初始化 

    if(size==0)

        return 0XFFFFFFFF;              //不需要分配

    nmemb=size/memblksize;                      //獲取需要分配的連續內存塊數

    if(size%memblksize)

        nmemb++;  

    for(offset=memtblsize-1;offset>=0;offset--) //搜索整個內存控制區  

    {     

        if(!mallco_dev.memmap[offset])

            cmemb++;    //連續空內存塊數增加

        else 

            cmemb=0;                            //連續內存塊清零

        if(cmemb==nmemb)                        //找到了連續nmemb個空內存塊

        {

            for(i=0;i

            {  

                mallco_dev.memmap[offset+i]=nmemb;  

            }  

            return (offset*memblksize);         //返回偏移地址  

        }

    }  

    return 0XFFFFFFFF;//未找到符合分配條件的內存塊  

}  

//釋放內存(內部調用) 

//offset:內存地址偏移

//返回值:0,釋放成功;1,釋放失敗;  

u8 mem_free(u32 offset)  

{  

    int i;  

    if(!mallco_dev.memrdy)//未初始化,先執行初始化

    {

        mallco_dev.init();    

        return 1;//未初始化  

    }  

    if(offset

    {  

        int index=offset/memblksize;        //偏移所在內存塊號碼  

        int nmemb=mallco_dev.memmap[index]; //內存塊數量

        for(i=0;i

        {  

            mallco_dev.memmap[index+i]=0;  

        }

        return 0;  

    }

    else

        return 2;//偏移超區了.  

}  

//釋放內存(外部調用) 

//ptr:內存首地址 

void myfree(void *ptr)  

{  

    u32 offset;  

    if(ptr==NULL)

        return;//地址為0.  

    offset=(u32)ptr-(u32)mallco_dev.membase;  

    mem_free(offset);   //釋放內存     

}  

//分配內存(外部調用)

//size:內存大小(字節)

//返回值:分配到的內存首地址.

void *mymalloc(u32 size)  

{  

    u32 offset;     

    offset=mem_malloc(size);                       

    if(offset==0XFFFFFFFF)

        return NULL;  

    else 

        return (void*)((u32)mallco_dev.membase+offset);  

}  

//重新分配內存(外部調用)

//*ptr:舊內存首地址

//size:要分配的內存大小(字節)

//返回值:新分配到的內存首地址.

void *myrealloc(void *ptr,u32 size)  

{  

    u32 offset;  

    offset=mem_malloc(size);  

    if(offset==0XFFFFFFFF)

        return NULL;     

    else  

    {                                      

        mymemcpy((void*)((u32)mallco_dev.membase+offset),ptr,size); //拷貝舊內存內容到新內存   

        myfree(ptr);                                                //釋放舊內存

        return (void*)((u32)mallco_dev.membase+offset);             //返回新內存首地址

    }  

}

主函數測試：

#include "led.h"

#include "delay.h"

#include "sys.h"

#include "usart.h"

#include "lcd.h"

#include "key.h"

#include "malloc.h" 

#include "usmart.h" 

 int main(void)

 { 

    u8 key;      

    u8 i=0;     

    u8 *p=0;

    u8 *tp=0;

    u8 paddr[18];           //存放P Addr:+p地址的ASCII值 

    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 設置中斷優先級分組2

    delay_init();            //延時函數初始化    

    uart_init(9600);        //串口初始化為9600

    LED_Init();             //初始化與LED連接的硬件接口

    LCD_Init();             //初始化LCD    

    usmart_dev.init(72);    //初始化USMART 

    KEY_Init();             //按鍵初始化   

    mem_init();             //初始化內存池

    POINT_COLOR=RED;//設置字體為紅色 

    LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Mini STM32");   

    LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"MALLOC TEST");  

    LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");

    LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2014/3/12");  

    LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"KEY0:Malloc");

    LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"KEY1:Write Data");

    LCD_ShowString(60,170,200,16,16,"WK_UP:Free");

    POINT_COLOR=BLUE;//設置字體為藍色  

    LCD_ShowString(60,190,200,16,16,"SRAM USED:   %");  

    while(1)

    {   

        key=KEY_Scan(0);//不支持連按 

        switch(key)

        {

            case 0:     //沒有按鍵按下    

                break;

            case 1:     //KEY0按下

                p=mymalloc(2048);   //申請2K字節

                if(p!=NULL)

                    sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);//向p寫入一些內容

                break;

            case 2:     //KEY1按下       

                if(p!=NULL)

                {

                    sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i);//更新顯示內容    

                    LCD_ShowString(60,250,200,16,16,p);          //顯示P的內容

                }

                break;

            case 3:     //WK_UP按下     

                myfree(p);  //釋放內存

                p=0;        //指向空地址

                break; 

        }

        if(tp!=p)

        {

            tp=p;

            sprintf((char*)paddr,"P Addr:0X%08X",(u32)tp);

            LCD_ShowString(60,230,200,16,16,paddr); //顯示p的地址

            if(p)LCD_ShowString(60,250,200,16,16,p);//顯示P的內容

            else LCD_Fill(60,250,239,266,WHITE);    //p=0,清除顯示

        }

        delay_ms(10);   

        i++;

        if((i%20)==0)//DS0閃爍.

        {

            LCD_ShowNum(60+80,190,mem_perused(),3,16);//顯示內存使用率

            LED0=!LED0;

        }

    }          

}

參考：

1.原子庫函數教程

2.STM32-內存管理