FreeRTOS学习笔记＞内存管理

1. 内存的概念与分类

在计算系统中，内存用于存储变量和中间数据。系统的内存可以分为两种：

• 内部存储空间（RAM）：通常指随机存储器，数据存取速度快，可以随机访问，但掉电后数据会丢失。
• 外部存储空间：例如硬盘或闪存，数据即使在掉电后也能保存。

在嵌入式系统中，我们主要关注内部存储空间（RAM）的管理，这就是内存管理的核心内容。

2. FreeRTOS 内存管理的设计理念

FreeRTOS 操作系统将内核与内存管理功能分开，实现了灵活的内存管理方式。内核仅规定了必要的内存管理函数原型，而不限定具体的实现方式。FreeRTOS 提供了多种内存分配算法（策略），但它们共享统一的上层接口（API），从而允许开发者根据实际需求选择最合适的内存管理策略。

3. 动态内存分配 vs. 静态内存分配

• 静态内存分配：在编译时确定内存分配，适用于高可靠性系统，但内存利用效率较低。
• 动态内存分配：在运行时根据需要动态分配内存，适用于普通业务系统，内存利用效率高，但可能会导致碎片化问题。

嵌入式系统通常根据应用场景的特点选择内存分配方式。

4. 为什么不用 C 标准库的内存管理函数？

虽然在普通计算机系统中常用 malloc() 和 free() 进行动态内存分配，但在嵌入式实时操作系统中使用这些函数却可能带来以下问题：

• 小型嵌入式系统中 RAM 容量有限，malloc() 和 free() 可能不适用。
• 这些函数的实现通常占用较大的代码空间。
• 它们的执行时间不确定，无法保证实时性。
• 可能导致内存碎片的产生。
• 链接器配置复杂，可能覆盖其他变量的内存，增加调试难度。

因此，FreeRTOS 提供了专用的内存管理机制，以满足嵌入式实时系统对确定性和效率的要求。

5. FreeRTOS 的内存管理策略

FreeRTOS 的内存管理模块负责管理系统内存资源，涵盖内存的初始化、分配和释放。为了满足不同嵌入式系统的需求，FreeRTOS 提供了多种内存分配算法，每种算法适用于特定的应用场景。

FreeRTOS V9.0.0 提供了五种内存管理算法：

• heap_1.c：最简单的内存分配策略，不支持内存释放，适用于固定内存需求的系统。
• heap_2.c：允许内存释放，但可能产生碎片。
• heap_3.c：封装了标准的 malloc() 和 free()，适用于那些需要使用标准库的系统。
• heap_4.c：更复杂的内存分配策略，支持合并相邻的空闲内存块，减少碎片。
• heap_5.c：支持多块内存区域的分配，适用于需要灵活内存管理的系统。

这些内存管理算法的源文件位于 FreeRTOS\\\\Source\\\\portable\\\\MemMang 目录下，开发者可以根据需求选择适合的算法。

6. 总结

FreeRTOS 内存管理模块通过高效的内存分配与释放机制，最大化内存利用率，并减少内存碎片的产生。开发者可以根据应用需求选择合适的内存管理策略，从而确保嵌入式系统在运行过程中稳定高效。

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