在嵌入式裸機編程中，作為一名初級的CODER。經(jīng)常要與CPU、內(nèi)存等打交道。CPU作為系統(tǒng)的動力源，其重要程度不言而喻。

但是，在裸機編程中，對內(nèi)存的管理也不容忽視。如果稍微不注意，輕則，可能造成內(nèi)存泄漏，重則造成內(nèi)存訪問異常。導(dǎo)致系統(tǒng)死機。

嵌入式產(chǎn)品，對穩(wěn)定性要求及其嚴(yán)格。動不動就死機，那可就麻煩大了。以下，是我本人對嵌入式系統(tǒng)裸機編程的內(nèi)存管理的一些簡介。

1、盡量不使用庫自帶的malloc和free。

malloc和free在PC編程中是很好用的一種內(nèi)存分配手段。但是，其在嵌入式中，就未必好用了。由于嵌入式裸機編程中，無MMU，即內(nèi)存管理單元。無法實現(xiàn)對內(nèi)存進行動態(tài)映射（不明白什么叫動態(tài)映射的同學(xué)，可以參考網(wǎng)上的資料）。

也就是說，實際上，malloc和free并不能實現(xiàn)動態(tài)的內(nèi)存的管理。這需要在啟動階段專門給其分配一段空閑的內(nèi)存區(qū)域作為malloc的內(nèi)存區(qū)。如STM32中的啟動文件startup_stm32f10x_md.s中可見以下信息：

Heap_Size       EQU     0x00000800

                AREA    HEAP, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
__heap_base
Heap_Mem        SPACE   Heap_Size
__heap_limit

其中，Heap_Size即定義一個宏定義。數(shù)值為 0x00000800。Heap_Mem則為申請一塊連續(xù)的內(nèi)存，大小為 Heap_Size。簡化為C語言版本如下：

#define?Heap_Size?0x00000800
unsigned?char?Heap_Mem[Heap_Size]?=?{0};

在這里申請的這塊內(nèi)存，在接下來的代碼中，被注冊進系統(tǒng)中給malloc和free函數(shù)所使用：

__user_initial_stackheap
LDR     R0, =  Heap_Mem  ;  返回系統(tǒng)中堆內(nèi)存起始地址
LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)
LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size); 返回系統(tǒng)中堆內(nèi)存的結(jié)束地址
LDR     R3, = Stack_Mem
BX      LR

就如上面分析的那樣，其實，在裸機編程的時候，對堆內(nèi)存的管理。并非是智能化的，并非你想申請多少就多少。而是使用一塊固定的內(nèi)存用作堆內(nèi)存的分配。這在設(shè)計的時候，往往不是最佳的方案。這塊內(nèi)存，如果被多次按照不同的大小進行申請，就會造成內(nèi)存碎片。最終導(dǎo)致無法申請到足夠的內(nèi)存。導(dǎo)致系統(tǒng)運行出錯。這在原本內(nèi)存就已經(jīng)很少的嵌入式系統(tǒng)中，更是不能接受的。所以，建議是把那個Heap_Size設(shè)置成 0 吧。放棄其使用吧。

而更為致命的是，有些malloc，free函數(shù)，由于工程人員的偷懶。實現(xiàn)甚至可能如下：

unsigned?char?mem_buffer[512];
unsigned?char?*mem_offset?=?&?mem_buffer;
void?*malloc(int?size)
{
????unsigned?char?*tmp?=?mem_offset;
????mem_offset?+=?size;
????return?(void?*)tmp;
}

void?free(void?*mem)
{
?mem_offset?=?mem;
}

2、不用malloc、free的原因

一般單片機的內(nèi)存都比較小，而且沒有MMU,malloc 與free的使用容易造成內(nèi)存碎片。而且可能因為空間不足而分配失敗，從而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，因此應(yīng)該慎用，或者自己實現(xiàn)內(nèi)存管理。如：《一個簡單而強大的單片機內(nèi)存管理器》

在函數(shù)中使用malloc，如果是大的內(nèi)存分配，而且malloc與free的次數(shù)也不是特別頻繁，使用malloc與free是比較合適的，但是如果內(nèi)存分配比較小，而且次數(shù)特別頻繁，那么使用malloc與free就有些不太合適了。

因為過多的malloc與free容易造成內(nèi)存碎片，致使可使用的堆內(nèi)存變小。尤其是在對單片機等沒有MMU的芯片編程時，慎用malloc與free。如果需要對內(nèi)存的頻繁操作，可以自己實現(xiàn)一個內(nèi)存管理。

使用動態(tài)內(nèi)存分配，應(yīng)分不同的應(yīng)用場合。

對于在操作系統(tǒng)上運行的程序，實際的物理內(nèi)存分配與釋放使用操作系統(tǒng)來實現(xiàn)的，即使程序調(diào)用了 malloc和free物理內(nèi)存并不會馬上變化。物理內(nèi)存的變化，直到系統(tǒng)的內(nèi)存管理操作時才發(fā)生。

對于裸機跑在MCU上的程序，分配與釋放內(nèi)存都會造成實際物理內(nèi)存的變化。因為此時物理內(nèi)存的分配是由自己實現(xiàn)的，而內(nèi)存管理我們自己并沒有去做。這樣，盲目的使用malloc與free恰恰并不好，反而會造成內(nèi)存的不恰當(dāng)使用。甚至于內(nèi)存溢出。

所以，動態(tài)內(nèi)存的使用前提是有一套好的內(nèi)存管理方法，這樣動態(tài)內(nèi)存的使用才會合理使用內(nèi)存。如果沒有合適的內(nèi)存管理代碼，還是用靜態(tài)內(nèi)存好一些。

3、 更好的替代方案：內(nèi)存池。

可能有些同學(xué)，覺得：內(nèi)存池，這是什么東西？

內(nèi)存池，簡潔地來說，就是預(yù)先分配一塊固定大小的內(nèi)存。以后，要申請固定大小的內(nèi)存的時候，即可從該內(nèi)存池中申請。用完了，自然要放回去。注意，內(nèi)存池，每次申請都只能申請固定大小的內(nèi)存。這樣子做，有很多好處：

（1）每次動態(tài)內(nèi)存申請的大小都是固定的，可以有效防止內(nèi)存碎片化。（至于為什么，可以想想，每次申請的都是固定的大小，回收也是固定的大?。?/p>

（2）效率高，不需要復(fù)雜的內(nèi)存分配算法來實現(xiàn)。申請，釋放的時間復(fù)雜度，可以做到O(1)。

（3）實現(xiàn)簡單，易用。

（4）內(nèi)存的申請，釋放都在可控的范圍之內(nèi)。不會出現(xiàn)以后運行著，運行著，就再也申請不到內(nèi)存的情況。

內(nèi)存池，并非什么很厲害的技術(shù)。實現(xiàn)起來，其實可以做到很簡單。只需要一個鏈表即可。在初始化的時候，把全局變量申請來的內(nèi)存，一個個放入該鏈表中。在申請的時候，只需要取出頭部并返回即可。在釋放的時候，只需要把該內(nèi)存插入鏈表。以下是一種簡單的例子（使用移植來的linux內(nèi)核鏈表，對該鏈表的移植，以后有時間再去分析）：

#define?MEM_BUFFER_LEN??5????//內(nèi)存塊的數(shù)量
#define?MEM_BUFFER_SIZE?256?//每塊內(nèi)存的大小

//內(nèi)存池的描述，使用聯(lián)合體，體現(xiàn)窮人的智慧。就如，我一同學(xué)說的：一個字節(jié)，恨不得掰成8個字節(jié)來用。
typedef?union?mem?{
struct?list_head?list;
unsigned?char?buffer[MEM_BUFFER_SIZE];
}mem_t;

static?union?mem?gmem[MEM_BUFFER_LEN];

LIST_HEAD(mem_pool);

//分配內(nèi)存
void?*mem_pop()
{
????union?mem?*ret?=?NULL;
????psr_t?psr;

????psr?=?ENTER_CRITICAL();
????if(!list_empty(&mem_pool))?{?//有可用的內(nèi)存池?
????????ret?=?list_first_entry(&mem_pool,?union?mem,?list);
????????//printf("mem_pool?=?0x%p??ret?=?0x%p\n",?&mem_pool,?&ret->list);
????????list_del(&ret->list);
?}
?EXIT_CRITICAL(psr);
?return?ret;//->buffer;
}


//回收內(nèi)存
void?mem_push(void?*mem)
{
????union?mem?*tmp?=?NULL;?
????psr_t?psr;

????tmp?=?(void?*)mem;//container_of(mem,?struct?mem,?buffer);
????psr?=?ENTER_CRITICAL();
????list_add(&tmp->list,?&mem_pool);
????//printf("free?=?0x%p\n",?&tmp->list);

????EXIT_CRITICAL(psr);
}

//初始化內(nèi)存池
void?mem_pool_init()
{
????int?i;
????psr_t?psr;
????psr?=?ENTER_CRITICAL();
????for(i=0;?i????????list_add(&(gmem[i].list),?&mem_pool);
????????//printf("add?mem?0x%p\n",?&(gmem[i].list));
?}
?EXIT_CRITICAL(psr);
}

整理來自：

1、https://blog.csdn.net/chenyuwen789/category_5823163.html

2、https://blog.csdn.net/c12345423/article/details/53004465