一个简单的MCU内存管理模块(附源码)

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现在非常多的的MCU性能都还不错，同时用户也会去扩展一些外部RAM，那么如何高效便捷的管理这些内存是一个重要话题。

今天给大家分享一份源码：基于无操作系统的STM32单片机开发，功能强大，可申请到地址空间连续的不同大小的内存空间，且用户接口简单，使用方便。

源码说明

源码包含memory.h 和 memory.c 两个文件（嵌入式C/C++代码的“标配”），其源码中包含重要的注释。

  • memory.h文件 ：包含结构体等定义，函数API申明等；
  • memory.c文件 ：是实现内存管理相关API函数的原型。

头文件memory.h

头文件是相关的定义和申请：

#ifndef __MEMORY_H__
#define __MEMORY_H__

#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "includes.h"
//用户使用
typedef struct
{
    void    *addr;      //申请到的内存的起始地址
    uint32_t size;      //申请到的内存的大小，按照块大小分配，大于等于申请大小
    uint16_t  tb;        //申请表序号，申请内存时分配，释放内存时使用，用户不使用
}DMEM;
//若返回空，则申请失败
DMEM *DynMemGet(uint32_t size);

void DynMemPut(DMEM *pDmem);

#endif //__MEMORY_H__

这里的代码比较简单，也是常规的写法，重点是要理解结构体成员的含义。

源文件memory.c

源文件主要就是实现内存管理的函数，源码比较多，这里才分为三部分。

相关的定义

#include "memory.h"

#define DMEM_BLOCK_SIZE         256      //内存块大小为256字节
#define DMEM_BLOCK_NUM          20       //内存块个数为20个
#define DMEM_TOTAL_SIZE         (DMEM_BLOCK_SIZE*DMEM_BLOCK_NUM)    //内存总大小

static uint8_t DMEMORY[DMEM_TOTAL_SIZE];
static DMEM_STATE DMEMS = {0};

typedef enum
{
    DMEM_FREE   = 0,
    DMEM_USED   = 1,
}DMEM_USED_ITEM;

typedef struct
{
    DMEM_USED_ITEM   used;       //使用状态
    uint16_t         blk_s;      //起始块序号
    uint16_t         blk_num;    //块个数
}DMEM_APPLY;

typedef struct
{
    DMEM_USED_ITEM  tb_blk[DMEM_BLOCK_NUM];
    DMEM            tb_user[DMEM_BLOCK_NUM];        //用户申请内存信息
    DMEM_APPLY      tb_apply[DMEM_BLOCK_NUM];       //系统分配内存信息
    uint16_t        apply_num;      //内存申请表占用数目
    uint16_t        blk_num;        //内存块占用数目
}DMEM_STATE;

内存分配函数DynMemGet

DMEM *DynMemGet(uint32_t size)
{
    uint16_t loop = 0;
    uint16_t find = 0;
    uint16_t blk_num_want = 0;
    DMEM * user = NULL;
    DMEM_APPLY *apply = NULL;

    //申请内存大小不能为0
    if(size == 0)               {   return NULL;    }
    //申请内存不可超过总内存大小
    if(size > DMEM_TOTAL_SIZE)  {   return NULL;    }
    //申请内存不可超过剩余内存大小
    if(size > (DMEM_BLOCK_NUM - DMEMS.blk_num) * DMEM_BLOCK_SIZE)   {   return NULL;    }
    //申请表必须有空余
    if(DMEMS.apply_num >= DMEM_BLOCK_NUM)   {   return NULL;    }

    //计算所需连续块的个数
    blk_num_want = (size + DMEM_BLOCK_SIZE - 1) / DMEM_BLOCK_SIZE;

    //寻找申请表
    for(loop = 0; loop < DMEM_BLOCK_NUM; loop++)
    {
        if(DMEMS.tb_apply[loop].used == DMEM_FREE)
        {
            apply = &DMEMS.tb_apply[loop];                  //申请表已找到
            user = &DMEMS.tb_user[loop];                    //用户表对应找到
            user->tb = loop;                                //申请表编号记录
            user->size = blk_num_want * DMEM_BLOCK_SIZE;    //分配大小计算
            break;
        }
    }

    //没有找到可用申请表，理论上是不会出现此现象的，申请表剩余已在上面校验
    if(loop == DMEM_BLOCK_NUM)  {   return NULL;    }

    //寻找连续内存块
    for(loop = 0; loop < DMEM_BLOCK_NUM; loop++)
    {
        if(DMEMS.tb_blk[loop] == DMEM_FREE)
        {//找到第一个空闲内存块
            for(find = 1; (find < blk_num_want) && (loop + find < DMEM_BLOCK_NUM); find ++)
            {//找到下一个空闲内存块
                if(DMEMS.tb_blk[loop + find] != DMEM_FREE)
                {//发现已使用内存块
                    break;
                }
            }
            if(find >= blk_num_want)
            {//寻找到的空闲内存块数目已经够用
                user->addr = DMEMORY + loop * DMEM_BLOCK_SIZE;  //计算申请到的内存的地址
                apply->blk_s = loop;                            //记录申请到的内存块首序号
                apply->blk_num = blk_num_want;                  //记录申请到的内存块数目
                for(find = 0 ; find < apply->blk_num; find++)
                {
                    DMEMS.tb_blk[loop + find] = DMEM_USED;
                }
                apply->used = DMEM_USED;                        //标记申请表已使用
                DMEMS.apply_num += 1;
                DMEMS.blk_num += blk_num_want;

                return user;
            }
            else
            {//寻找到的空闲内存块不够用，从下一个开始找
                loop += find;
            }
        }
    }

    //搜索整个内存块，未找到大小适合的空间
    return NULL;
}

内存释放函数DynMemPut

void DynMemPut(DMEM *user)
{
    uint16_t loop = 0;
    //若参数为空，直接返回
    if(NULL == user)    {   return; }

    //释放内存空间
    for(loop = DMEMS.tb_apply[user->tb].blk_s; loop < DMEMS.tb_apply[user->tb].blk_s + DMEMS.tb_apply[user->tb].blk_num; loop++)
    {
        DMEMS.tb_blk[loop] = DMEM_FREE;
        DMEMS.blk_num -= 1;
    }
    //释放申请表
    DMEMS.tb_apply[user->tb].used = DMEM_FREE;
    DMEMS.apply_num -= 1;
}

代码中包含注释，注释描述的比较清楚，也比较容易理解。