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单片机实现内存管理的C语言实现

article 2024/11/14 18:51:14

在嵌入式系统（如单片机）中，内存资源非常有限，因此需要高效的内存管理机制。在这种情况下，可能无法使用标准的动态内存管理函数（如 malloc 和 free）。因此，通常需要设计一个自定义的内存管理模块来管理内存池。

以下是一个简单的内存管理系统的C语言实现，适合用于单片机等嵌入式环境。该实现模拟了一个基本的内存池，并提供了分配和释放内存块的功能。

内存管理方案：

我们可以使用固定大小的内存块分配方案，每次分配固定大小的内存块，这种方案简单且适合内存较小的嵌入式系统。我们维护一个内存池并通过链表管理空闲的内存块。

内存管理代码实现：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

// 定义内存池参数
#define MEMORY_POOL_SIZE 1024  // 定义内存池大小为1024字节
#define BLOCK_SIZE 32          // 每个内存块的大小为32字节

// 内存块结构体，用于链表管理空闲块
typedef struct MemoryBlock {
    struct MemoryBlock* next;  // 指向下一个空闲内存块
} MemoryBlock;

// 内存池管理结构体
typedef struct {
    uint8_t memoryPool[MEMORY_POOL_SIZE]; // 实际的内存池
    MemoryBlock* freeList;                // 空闲内存块链表
} MemoryManager;

MemoryManager memoryManager;

// 初始化内存池，将所有内存块添加到空闲列表
void memoryManagerInit() {
    memoryManager.freeList = (MemoryBlock*)memoryManager.memoryPool; // 初始化空闲链表头
    MemoryBlock* currentBlock = memoryManager.freeList;
    
    // 将内存池划分为多个固定大小的内存块，并将它们链接成链表
    for (int i = 0; i < MEMORY_POOL_SIZE / BLOCK_SIZE - 1; i++) {
        currentBlock->next = (MemoryBlock*)((uint8_t*)currentBlock + BLOCK_SIZE); // 指向下一个内存块
        currentBlock = currentBlock->next;
    }
    currentBlock->next = NULL; // 最后一块的next指针置为NULL
}

// 分配内存块
void* memoryAllocate() {
    if (memoryManager.freeList == NULL) {
        // 没有空闲块可用，返回NULL
        return NULL;
    }

    // 从空闲列表中取出一个内存块
    MemoryBlock* allocatedBlock = memoryManager.freeList;
    memoryManager.freeList = allocatedBlock->next;  // 将空闲列表的头指针指向下一个块

    return (void*)allocatedBlock;  // 返回分配的内存块
}

// 释放内存块
void memoryFree(void* ptr) {
    if (ptr == NULL) {
        return;
    }

    // 将释放的内存块添加回空闲列表
    MemoryBlock* blockToFree = (MemoryBlock*)ptr;
    blockToFree->next = memoryManager.freeList; // 将该块指向当前空闲块的头
    memoryManager.freeList = blockToFree;       // 更新空闲块链表头为释放的块
}

// 打印内存池的状态
void printMemoryStatus() {
    int freeBlocks = 0;
    MemoryBlock* currentBlock = memoryManager.freeList;
    
    while (currentBlock != NULL) {
        freeBlocks++;
        currentBlock = currentBlock->next;
    }

    printf("当前空闲内存块数量: %d\n", freeBlocks);
}

int main() {
    // 初始化内存管理器
    memoryManagerInit();
    printMemoryStatus();

    // 分配几个内存块
    void* ptr1 = memoryAllocate();
    void* ptr2 = memoryAllocate();
    printMemoryStatus();

    // 释放一个内存块
    memoryFree(ptr1);
    printMemoryStatus();

    // 继续分配
    void* ptr3 = memoryAllocate();
    printMemoryStatus();

    // 释放所有内存块
    memoryFree(ptr2);
    memoryFree(ptr3);
    printMemoryStatus();

    return 0;
}

代码说明：

内存池结构：memoryManager 包含一个静态的内存池数组 memoryPool，用于实际存储内存数据。此外，freeList 是一个指向空闲内存块的链表头。
内存池初始化：在 memoryManagerInit 函数中，将整个内存池划分为固定大小的内存块，并将这些块链接成一个链表。
内存分配 (memoryAllocate)：每次分配内存时，从空闲链表中取出一个块，并将链表头指针指向下一个空闲块。
内存释放 (memoryFree)：释放时，将内存块重新添加到空闲链表的头部。
内存状态打印 (printMemoryStatus)：可以调用该函数查看当前剩余的空闲内存块数量。