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Ubuntu下开发STM32---10.使用malloc

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qianfan 发布时间:2015-11-1 20:27
本帖最后由 QianFan 于 2015-11-1 20:37 编辑 6 P& F1 _6 [. I3 P+ Y4 m

) h- R# L7 }; Y; b& A% M9 k( K    Ubuntu下开发STM32已经接近尾声。如果不出意外的话,这篇将会是最后一篇了。突然有点心痛,毕竟,在也没有机会这么明目张胆的传图片,刷金币了。
0 D% [  @; H4 Q) H$ C" ^+ X. d
$ C- P" U* K2 P1 ^8 A% L' f& cNewlib申请内存的机制
2 _. W% j, j9 r: L$ n    这次介绍的是Newlib下的malloc。不同与keil mdk下的malloc。两者的实现机制是不同的。keil mdk是在汇编文件中改一个数值,用来设置堆的大小。今后的所有malloc申请的内存都在这个堆中。堆的大小是在编译的时候确定的,预先放入bss段中。而Newlib使用的是sbrk的机制。只要sbrk的申请的地址还没到当前sp的位置,就能一直申请。(代码图片是我在原先的基础上添加了点调试信息)- R9 q- s" E5 f; |
2015-11-01 17:55:56屏幕截图.png   H$ s7 ]0 s9 ?
end是bss段的结束地址。因为使用了extern char end asm("end")这样的语法,在编译的时候只能使用-std=gnu99,而不能使用-std=c99。stack_ptr是当前sp的值。只要上一次结束的地址加上这一次申请字节数的和不超过sp,sbrk就能成功。malloc也能成功。8 J+ T, O4 ~9 T4 L3 x' s" e
sbrk相当于内存的经销商,malloc只是一个小贩。当有人向malloc请求内存的时候,如果malloc手中有剩余的内存并且足够这次分配,那就直接把手中剩余的内存分配出去。使用完内存之后,只要记得使用free还给malloc就行。如果申请的时候,malloc手中没有足够的内存,那么malloc会向sbrk要一块内存,自己再转手出售给其他的需要者。; ]: a+ c+ c- _) |
+ X$ O) F, n+ _8 j8 V: @
内存分配测试
0 Y( D% G# Z( w9 a
2015-11-01 18:06:20屏幕截图.png
7 n! d0 K0 k5 \" N4 \& n* l% p主函数中一直尝试无限制的分配内存,只分配不释放。将代码下载至SRAM中运行。(make sram,sudo make burns)9 u( A' i9 J* T% L0 g6 p
在内存分配之前,malloc分配的起始地址是536871400(0x2000_01E8),具体为什么是这个数值,在稍后会解释。进入main之前申请了436,1032字节(实际是428和1024字节,剩余8字节用于存储分配信息)。估计1K内存是用来给printf当缓冲区了。至于另外428字节不知道用作什么用了。9 \! C; G! q# H+ R5 z' ~$ [6 w7 M0 _9 k
2015-11-01 18:07:32屏幕截图.png
2 v/ X% u+ T3 @0 f
8 h5 v0 k7 w8 E4 y) f9 `在170次内存之后,申请了17000个字节的空闲内存,共消耗17000+170*8=18360字节的内存。
3 @$ m' M- N; R& X$ c, _7 G4 Z 2015-11-01 18:07:52屏幕截图.png " U- _' A5 |. w; ~+ d, P6 U
到内存耗尽的时候,堆指针在0x2000_4F5C(536891120+108) 处。这个值差不多接近栈顶(0x2000_5000)了。
5 x, ]# ]8 ]/ P3 b; Y& ?: Y0 k5 p5 }! K+ ]& r4 I; y7 W: e& F& @' q5 ^
给栈保留一定的内存
/ t9 R* N# ~# Q) X0 {- L0 ?; k
如果一直使用malloc分配内存的话,最终可能会导致栈的内存与堆的内存冲突。为了安全考虑,暂时考虑为栈保留一定的空间。在syscalls.c文件中添加一个可配置的宏,用于确定可保留的大小。这个数值可以在syscalls.c文件中更改,也可以在编译的时候使用-D来更改。这里保留了2K的空间给栈。
5 s" L8 ?3 T+ ]- i! d$ W3 Y9 ~ 2015-11-01 18:27:30屏幕截图.png 2015-11-01 18:29:10屏幕截图.png 9 k  I' T) \: @* P
( v7 U, L# G5 E
) x. D, I1 d5 U
内存布局
# s7 q2 \% x" K$ @7 r2 \4 w* @可能你会疑问为什么malloc内存分配是从0x2000_01E8开始的,为什么链接文件中定义了_Min_Stack_Size,这里却还要为栈保存空间。虽然在SRAM中运行程序一节https://www.stmcu.org.cn/module/forum/thread-603793-1-1.html中也简单的提到了一些,这里打算详细的说一下。$ N; U3 {, _: \- I9 O
在链接的时候,我添加了参数-Wl,-Map=flash_sram.map,用来记录代码或者数据的布局。打开文件可以看到这样的信息:
3 F0 X5 w2 ~3 I' w6 `: v" g 2015-11-01 18:38:25屏幕截图.png 1 o( Y% I6 L+ p1 e
从Map文件上看,bss段(未赋值的变量)是从0x2000_00a4开始的。(从0x2000_0000开始到0x2000_00a4之间的数据是用来存放已赋值的变量。)在bss段的结束地址(end)之后,有根据_Min_Heap_Size,_Min_Stack_Size保留的内存区。这两片内存去并没有什么作用,只是用来保证bss段不至于过大而已。
- k8 |2 E( T* ]! X从sbrk的输出上也能够看出来,malloc进行内存分配的时候是从bss段的结束,也就是end地址处开始的。显然malloc的内存分配能够覆盖_Min_Heap_Size和_Min_Stack_Size。
0 D! ?: v. }7 \1 Y4 f* n相关的代码在malloc_v2.zip中。7 H/ C: x0 t" }8 P! i5 e; b! h

9 A) q/ O* O8 o6 M; \2 c  e2 |/ w  T5 a5 R1 ?- i$ d1 L. O
相关Newlib系统调用的更多信息请参考:
5 F# D& x* B' Q) B' z0 S" Z
" x& K" u! U. U' X( O" j* I
# j: T, z* M8 C

malloc_v1.zip

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410.52 KB, 下载次数: 53

malloc_v2.zip

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410.56 KB, 下载次数: 66

收藏 4 评论12 发布时间:2015-11-1 20:27

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12个回答
埃斯提爱慕 回答时间:2015-11-1 22:42:01
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
creep 回答时间:2015-11-1 23:00:56
恭喜连载完结,感谢qianfan无私的分享!
ataudio 回答时间:2015-11-2 08:59:33
恭喜楼主大功告成。我用server版,还没有安装好驱动。要换desktop版了。
qianfan 回答时间:2015-11-2 09:34:53
creep 发表于 2015-11-1 23:004 Z0 V- c& o- V! Y
恭喜连载完结,感谢qianfan无私的分享!

9 C2 q. _) c! ?0 {' r橙哥,一块交流啊
qianfan 回答时间:2015-11-2 09:35:20
ataudio 发表于 2015-11-2 08:59; X$ O5 I& V) i! F# b9 P) m
恭喜楼主大功告成。我用server版,还没有安装好驱动。要换desktop版了。 ...

8 @6 F3 U8 ]5 W! \% |* a. P4 K0 H我用的是desktop版本。你说的驱动是stlink吗?
ataudio 回答时间:2015-11-2 14:41:24
QianFan 发表于 2015-11-2 09:356 e& T: V) H: g$ d; A
我用的是desktop版本。你说的驱动是stlink吗?
+ M" Y0 f/ l. O5 ?: X7 f
是的。你发给我的stlink驱动包,和我下载的完全一样。在server下运行报一样的错误。看你的截图应该是在desktop的配色下编写的,所以我抽空换成desktop试试。。
qianfan 回答时间:2015-11-2 14:59:04
ataudio 发表于 2015-11-2 14:41
) f- P# m5 j1 G是的。你发给我的stlink驱动包,和我下载的完全一样。在server下运行报一样的错误。看你的截图应该是在des ...

& N; s3 T  M; m可能是这个原因。不知道你的libusb安装了没有
ataudio 回答时间:2015-11-3 10:46:14
怀疑是gcc版本的原因。需要gcc  5.0以上。桌面版是5.2,编译通过了。第一次libusb1.0没安装,在configure时会提示错误,装了libusb之后再来一次,配置OK、编译也OK,就是sudo make install看到了:
  u4 v  i$ Y" K- m) Fmake[2]: Nothing to be done for 'install-data-am'.& a/ R' X7 H' V
7 g! z- n7 S( W
不知道安装是否成功了。先继续往下配置看看。
qianfan 回答时间:2015-11-3 13:32:06
ataudio 发表于 2015-11-3 10:46
( W% K" v9 ]& M怀疑是gcc版本的原因。需要gcc  5.0以上。桌面版是5.2,编译通过了。第一次libusb1.0没安装,在configure时 ...

# ^# b7 f4 C& \7 ~事实st-flash看看有反映吗
qianfan 回答时间:2015-11-3 13:32:36
ataudio 发表于 2015-11-3 10:46
/ x5 T1 o0 s* W4 Z' n怀疑是gcc版本的原因。需要gcc  5.0以上。桌面版是5.2,编译通过了。第一次libusb1.0没安装,在configure时 ...

3 m$ x6 q1 ~0 o; n' v应该不是吧。我的是4。8。4
ataudio 回答时间:2015-11-4 11:24:06
本帖最后由 ataudio 于 2015-11-4 13:06 编辑
1 e$ n2 a, x" b. h* y) c# d
QianFan 发表于 2015-11-3 13:32
, t3 C! \. A4 G% `; l# U6 C1 p事实st-flash看看有反映吗
这个是不是表明stlink已经装上了?
9 O  n6 o( m, \# z( Z. l6 yaoems@ubuntu:~$ st-flash         
$ h6 B8 i+ t5 c  E% u/ [1 xinvalid command line) E$ r7 y) E, R8 @6 P. o
stlinkv1 command line: ./st-flash [--debug] [--reset] {read|write} /dev/sgX path addr <size>
4 v0 W# n# O% l: ^stlinkv1 command line: ./st-flash [--debug] /dev/sgX erase
; q7 `( G3 |9 m/ I& cstlinkv2 command line: ./st-flash [--debug] [--reset] {read|write} path addr <size>
+ `+ s( a9 C# m% C- vstlinkv2 command line: ./st-flash [--debug] erase: i0 @! j  F2 O% a
                       use hex format for addr and <size>5 E- k' Q& H$ _" |+ E
aoems@ubuntu:~$
  W7 V) M" d2 ?4 b( }5 A; V& ]3 l) j% v% g( [4 V2 G
qianfan 回答时间:2015-11-4 13:49:30
ataudio 发表于 2015-11-4 11:24
: v4 @' @, E, h% A- h6 T# ]! w0 e# Y这个是不是表明stlink已经装上了?2 Z  e+ x; P8 C
aoems@ubuntu:~$ st-flash         
; z- c% t3 W3 O7 w; R& Xinvalid command line

2 m# j/ m" W: {$ D7 X! q! N- T对的,这就说明安装成功了。

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