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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 + H9 ^% C" J6 T1 J) H

5 c3 H) I" m: O: E3 j    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。
) z$ v$ @' k' T9 u5 ]6 [8 \) i% d& D$ [1 |6 [
Newlib申请内存的机制) m+ W4 I/ I( U/ G, U
    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)3 L; q# \# w+ S: m9 C
2015-11-01 17:55:56屏幕截图.png
/ X& J! }) e3 ~" [2 n  C) A5 Oend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。
: R1 i, X. e2 rsbrk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。8 N+ B; d( m$ u% G

( g* W1 Z5 P2 u7 U# @内存分配测试
/ R: ?+ {' i3 H. d' u% R. h: N1 h
2015-11-01 18:06:20屏幕截图.png * H/ k0 h' j1 \5 N$ o
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)" d/ T! W# j) ~) C$ m$ P8 _; L
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。2 [' c+ e. [; W8 m# \
2015-11-01 18:07:32屏幕截图.png
/ H; g, j2 W0 [5 Q# z3 f0 K+ ~, o! g  E5 L1 D3 c" i
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。8 b# F* R& L; D6 @$ _6 V
2015-11-01 18:07:52屏幕截图.png
% J1 X* i, k9 E/ g. Z& w- P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。* S* d1 f0 G6 a) J' ?

, Z& W  k; U+ z, C% P! c给栈保留一定的内存
/ t1 [" H" A1 j/ S6 W' D2 O0 ?4 F
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。0 s# K- K3 U( q6 q* y/ n
2015-11-01 18:27:30屏幕截图.png 2015-11-01 18:29:10屏幕截图.png # X: q+ K7 n# z5 _; d- r
# e( S0 ]) v: N, L7 i6 d. ?
- R0 J' m- ?8 N3 U# p
内存布局
; u: F9 I' f! p- u; ~" f3 M" @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。* p# y+ ^8 p, F* j: b
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:8 f, B+ P: j$ U3 C
2015-11-01 18:38:25屏幕截图.png
: y& D2 W* }5 g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。
, _2 ^4 i  f/ f4 V9 Y9 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。* p# z4 k/ O% b  T8 C
相关的代码在malloc_v2.zip中。
' Z+ D% R& Q1 M# T
7 z2 f, F# C) K3 g5 ?3 w5 A0 A0 O8 B( E3 b& a; I3 G% ]
相关Newlib系统调用的更多信息请参考:

  v" j* F2 G6 K) p& |" O& T  }
3 c5 l. i  v1 [$ u( \1 M% X  Z- p" g2 O. x

malloc_v1.zip

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410.52 KB, 下载次数: 52

malloc_v2.zip

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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 23:00
3 z; e6 I. r" h恭喜连载完结,感谢qianfan无私的分享!

# u! w6 Z" Q; n4 d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
, @5 J: n2 h: o6 K0 e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。 ...

* a! H  j6 t+ W* \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 09:353 \; N  V9 U( w3 X( V, U/ l
我用的是desktop版本。你说的驱动是stlink吗?
% ]' h+ L% ^1 n. N3 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
) Y& g' b/ 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 ...
& a9 `; o# B  d) t( h( G/ C
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:
. O( h* a* X  x4 Omake[2]: Nothing to be done for 'install-data-am'.
: ~# p* K, F+ J8 R" x; y
6 L. f: o- `1 l/ z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
4 H) c  Z' G2 m- y& D) U  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 ...
3 g$ L$ p$ c( C
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
, h( Z* e9 f; n* L" m1 w7 |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 ...
8 Q5 M" H5 w# T; W
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
+ Y& _/ R  z# w3 A
QianFan 发表于 2015-11-3 13:32$ i0 W! j- M2 A0 E& K
事实st-flash看看有反映吗
这个是不是表明stlink已经装上了?5 b2 f% [1 M! Q1 y3 @$ O! ^
aoems@ubuntu:~$ st-flash         
7 L% z6 D; E  ~7 h& F& C" r. O% t# winvalid command line1 e* r! M. f" l9 T- p4 {2 Z
stlinkv1 command line: ./st-flash [--debug] [--reset] {read|write} /dev/sgX path addr <size>/ E4 y5 ?; C( m4 ?6 R
stlinkv1 command line: ./st-flash [--debug] /dev/sgX erase, F% {( }2 w' r+ f. M4 \% O0 e
stlinkv2 command line: ./st-flash [--debug] [--reset] {read|write} path addr <size>
* [) S. w: W6 {stlinkv2 command line: ./st-flash [--debug] erase4 {5 B# J+ C8 i( V
                       use hex format for addr and <size>
) L) h  }4 n" ]: _aoems@ubuntu:~$ & [8 f4 _' J# a4 {  `4 A* r. Z& [
. r) q1 N+ C/ u% B- t
qianfan 回答时间:2015-11-4 13:49:30
ataudio 发表于 2015-11-4 11:245 a5 K. A: F4 j7 `, L$ \/ y) z7 ?
这个是不是表明stlink已经装上了?
- \$ ~/ m7 n' L, p1 F, I: l+ Waoems@ubuntu:~$ st-flash         
5 K5 |* d; @( a, xinvalid command line

! D. U2 T! j# P, N8 F1 n$ `& L2 Q对的,这就说明安装成功了。

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