第四十三章内存管理实验

上一节，我们学会了使用STM32驱动外部SRAM，以扩展STM32的内存，加上STM32本身自带的64K字节内存，我们可供使用的内存还是比较多的。如果我们所用的内存都像上一节的testsram那样，定义一个数组来使用，显然不是一个好办法。
本章，我们将学习内存管理，实现对内存的动态管理。本章分为如下几个部分：
43.1 内存管理简介
43.2 硬件设计
43.3 软件设计
43.4 下载验证

<div style="layout-grid:  15.6pt none">43.1内存管理简介
内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。内存管理的实现方法有很多种，他们其实最终都是要实现2个函数：malloc和free；malloc函数用于内存申请，free函数用于内存释放。
本章，我们介绍一种比较简单的办法来实现：分块式内存管理。下面我们介绍一下该方法的实现原理，如图43.1.1所示：

图43.1.1 分块式内存管理原理       从上图可以看出，分块式内存管理由内存池和内存管理表两部分组成。内存池被等分为n块，对应的内存管理表，大小也为n，内存管理表的每一个项对应内存池的一块内存。
       内存管理表的项值代表的意义为：当该项值为0的时候，代表对应的内存块未被占用，当该项值非零的时候，代表该项对应的内存块已经被占用，其数值则代表被连续占用的内存块数。比如某项值为10，那么说明包括本项对应的内存块在内，总共分配了10个内存块给外部的某个指针。
内寸分配方向如图所示，是从顶à底的分配方向。即首先从最末端开始找空内存。当内存管理刚初始化的时候，内存表全部清零，表示没有任何内存块被占用。
分配原理
当指针p调用malloc申请内存的时候，先判断p要分配的内存块数（m），然后从第n项开始，向下查找，直到找到m块连续的空内存块（即对应内存管理表项为0），然后将这m个内存管理表项的值都设置为m（标记被占用），最后，把最后的这个空内存块的地址返回指针p，完成一次分配。注意，如果当内存不够的时候（找到最后也没找到连续的m块空闲内存），则返回NULL给p，表示分配失败。
释放原理
当p申请的内存用完，需要释放的时候，调用free函数实现。free函数先判断p指向的内存地址所对应的内存块，然后找到对应的内存管理表项目，得到p所占用的内存块数目m（内存管理表项目的值就是所分配内存块的数目），将这m个内存管理表项目的值都清零，标记释放，完成一次内存释放。
关于分块式内存管理的原理，我们就介绍到这里。
 
43.2硬件设计
本章实验功能简介：开机后，显示提示信息，等待外部输入。KEY0用于申请内存，每次申请2K字节内存。KEY1用于写数据到申请到的内存里面。KEY2用于释放内存。WK_UP用于切换操作内存区（内部内存/外部内存）。DS0用于指示程序运行状态。本章我们还可以通过USMART调试，测试内存管理函数。
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯DS0
2） 四个按键
3） 串口
4） TFTLCD模块
5） IS62WV51216
这些我们都已经介绍过，接下来我们开始软件设计。
43.3软件设计
本章，我们将内存管理部分单独做一个分组，在工程目录下新建一个MALLOC的文件夹，然后新建malloc.c和malloc.h两个文件，将他们保存在MALLOC文件夹下。
在MDK新建一个MALLOC的组，然后将malloc.c文件加入到该组，并将MALLOC文件夹添加到头文件包含路径。
       打开malloc.c文件，输入如下代码：
#include "malloc.h"         
//内存池(4字节对齐)
__align(4) u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; //内部SRAM内存池                                 
__align(4) u8 mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((at(0X68000000)));
//外部SRAM内存池
//内存管理表
u16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE];  //内部SRAM内存池MAP                        u16 mem2mapbase[MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0X68000000+
MEM2_MAX_SIZE))); //外部SRAM内存池MAP
//内存管理参数       
const u32 memtblsize[2]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE};        //内存表大小
const u32 memblksize[2]={MEM1_BLOCK_SIZE,MEM2_BLOCK_SIZE};                                //内存分块大小
const u32 memsize[2]={MEM1_MAX_SIZE,MEM2_MAX_SIZE};                                            //内存总大小
//内存管理控制器
struct _m_mallco_dev mallco_dev=
{
       mem_init,                                   //内存初始化
       mem_perused,                             //内存使用率
       mem1base,mem2base,                  //内存池
       mem1mapbase,mem2mapbase,      //内存管理状态表
       0,0,                                   //内存管理未就绪
};
//复制内存
//*des:目的地址
//*src:源地址
//n:需要复制的内存长度(字节为单位)
void mymemcpy(void *des,void *src,u32 n) 
{ 
    u8 *xdes=des;
       u8 *xsrc=src;
    while(n--)*xdes++=*xsrc++; 
} 
//设置内存
//*s:内存首地址
//c :要设置的值
//count:需要设置的内存大小(字节为单位)
void mymemset(void *s,u8 c,u32 count) 
{ 
    u8 *xs = s; 
    while(count--)*xs++=c; 
}       
//内存管理初始化 
//memx:所属内存块
void mem_init(u8 memx) 
{ 
    mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2);//内存状态表数据清零 
       mymemset(mallco_dev.membase[memx], 0,memsize[memx]);   //内存池所有数据清零 
       mallco_dev.memrdy[memx]=1;                                              //内存管理初始化OK 
} 
//获取内存使用率
//memx:所属内存块
//返回值:使用率(0~100)
u8 mem_perused(u8 memx) 
{ 
    u32 used=0; 
    u32 i; 
    for(i=0;i=0;offset--)//搜索整个内存控制区 
    {    
              if(!mallco_dev.memmap[memx][offset])cmemb++;//连续空内存块数增加
              else cmemb=0;                                          //连续内存块清零
              if(cmemb==nmemb)                                  //找到了连续nmemb个空内存块
              {
            for(i=0;i