【STM32 FreeRTOS】内存管理

除了FreeRTOS提供的动态内存管理方法，标准的C库也提供了函数malloc()和函数free()来实现动态的申请和释放内存。

为啥不用标准的C库自带的内存管理算法？因为标准C库的动态管理方法有如下缺点：

• 占用大量的代码空间，不适合用在资源紧缺的嵌入式系统中
• 没有线程安全的相关机制
• 运行有不确定性，每次调用这些函数时花费的时间可能都不相同
• 内存碎片化

因此，FreeRTOS提供了多种动态内存管理的算法，可针对不同的嵌入式系统。

算法	优点	缺点
heap_1	分配简单，时间确定	只允许申请内存，不允许释放内存
heap_2	允许申请和释放内存	不能合并相邻的空闲内存块会产生碎片、时间不定
heap_3	直接调用C库函数malloc和free，简单	速度慢、时间不定
heap_4	相邻空闲内存可合并，减少内存碎片的产生	时间不定
heap_5	能够管理多个非连续内存区域的heap_4	时间不定

我们一般使用heap_4。heap_4内存管理算法使用了首次适应算法，也支持内存的申请和释放，并且能够将空间且相邻的内存进行合并，从而减少内存碎片的现象。

首次适应算法：

假设heap有3块空闲内存（按内存块地址有底到高排序）：5字节、50字节、25字节

现在新创建一个任务需要申请20字节的内存

第一步：找出第一个能满足pvPortMalloc的内存：50字节

第二步：把它划分为20字节、30字节；返回这20字节的地址，剩下的30字节仍然是空闲状态，留给后续的pvPortMalloc使用

heap_4内存管理算法会把相邻的空闲内存合并为一个更大的空闲内存，这有助于减少内存的碎片问题。

函数	描述
void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize )	申请内存
void vPortFree( void *pv )	释放内存
size_t xPortGetFreeHeapSize( void )	获取当前空闲内存大小

关于内存，这里在多说几句：

裸机时我们会定义堆栈大小，例如**_Min_Heap_Size = 0x200**，_Min_Stack_Size = 0x400这个是在RAM中的。如果是使用标准C库的malloc函数，那么就会从这个堆中申请内存；如果是函数中的局部变量，那么就是申请的这里的栈内存。

FreeRTOS中也会定义一个堆空间ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ]，这个堆空间也是RAM的一部分，和裸机中的堆栈没有任何关系。这个堆空间用于FreeRTOS中API申请内存空间（例如动态创建任务，任务的堆栈空间），再或者pvPortMalloc函数动态申请内存。