一种嵌入式系统的内存分配方案

4.2 TMS中的内存分配

TMS是WindRiver公司为可管理式交换机推出的开发包。它用用IDB来管理各种协议的数据，比如STP和GVRP等。为了支持IDB，它建立了自己的缓冲池管理方案，程序在 bufPoolLib.c中。该程序包含用于缓冲池管理的函数，这些函数允许从1个池中分配固定数目和大小的缓冲区。通过预先分配一定数目固定大小的缓冲区，避免了反复的小的内存块分配/释放相关联的内存碎片和浪费。既然它从1个单一的块中分配缓冲池，也比对每一个缓冲区执行1 次分配有更高的空间效率。模块对每个缓冲区加上1个标记(MAGIC)，释放时会检查标记。模块给用户提供分配和释放操作定义回调函数的能力。这样可以做到自动的对象创建和解构，同时允许由多个缓冲池分配的成员组成的对象做为1个单一的实体删除。这类似于C++中自动的对象构建和解构，不过是用C语言并且没有堆栈分配的负担。模块既允许从堆栈中分配缓冲池(通过calloc)，也可以在用户分配的空间中创建它们。模块用1个单向链表来维护未分配的缓冲区，但不跟踪已分配的缓冲区。模块并不是任务安全的，用户需要用信号时来保护缓冲池。

(1)缓冲池结构 typedef struct { ulong_t magic; /*用于一致性检测的特殊标记*/ Boolean localAlloc; /*内存是否在创建缓冲区时分配*/ SL_LIST freeList; /*空闲链表*/ Void store; /*缓冲区指向的内存指针*/ STATUS(*createFn)(void*,ulong_t argl); /*创建缓冲区时的回调函数指针*/ STATUS(*destroyFn)(void*,ulong_targl);/*释放缓冲区时的回调函数指针*/ Ulong_t argVal;/*回调函数的参数*/ } buf_pool_t; 结构中的参数包括检查标记MAGIC、是否本地分配、空闲链表、内存指针、创建缓冲池的回调函数指针、释放时的回调函数指针、回调函数参数。

(2)相关函数

◆BufPoolInitializeStorage：分配和初始化存储区。参数包括存储区地址(如为NULL，则本地分配)、缓冲区大小、缓冲区个数。

①根据缓冲区大小和个数获得所需的内存大小。

②如果指针为NULL，则调用calloc分配内存。设置本地分配标志。

③初始化内存为0。

④初始化指针。分配的内存块最前面为缓冲池结构buf_pool_t。实际的存储区紧随其后。Buf_pool_t包含参数检查标记、是否本地分配、存储区地址、分配时回调函数、释放时回调函数、回调函数变量。此时只设置存储区指针。

◆BufPoolCreate：创建缓冲池。参数为内存制止。缓冲区尺寸和个数，创建时回调函数、释放时回调函数、回调函数参数。

①尺寸对齐。

②调用bufPoolInitializeStorage初始化内存区和buf_pool_t结构。

③用传入参数填充buf_pool_t结构。 ④将缓冲区添加到空闲链表中，最后的缓冲区在最前面。

◆BufPoolDestroy：删除缓冲池。参数为buf_pool_t指针。

①检查缓冲池结构中的MAGIC字段是否被个性。

②如果是本地分配的则翻放内存区。

◆BufPoolAlloc：从缓冲池中分配一个缓冲区，参数为缓冲池结构指针。如果存在空闲缓冲区，则从空闲链表中除并提供给调用者，执行创建时回调函数。如果回调函数返回错误，则将缓冲区返还给空闲链表。

①检查缓冲池结构中的MAGIC标记是否完好。

②从空闲链表中取出头一个节点。

③如果节点不为空，清空节点，以其地址为参数调用回调函数。

④如果回调函数返回错误，则将节点还给空闲链表。 ⑤返回得到空闲缓冲区地址。

◆BufPoolFree：将缓冲区返回给缓冲池。如果定义了回调函数，将在归还缓冲之间调用回调函数。参数为缓冲池结构和缓冲区指针。

①缓冲池MAGIC标记是否完好。

②如果定义回调函数、调用之。如果返回错误，则设置错误号。

③将缓冲区添加到空闲链表中头部。

注意该函数有2点：

①回调函数返回错误，照样归还缓冲区。

②没有检查缓冲区是否二次释放，这一点与Intel的驱动程序不同。 另外，TMS的缓冲池没有BLOCK要领，不需要判断哪个CELL属于哪个BLOCK，简化 了操作。

5 小结

许多嵌入式应用在RTOS提供的malloc/free的基础上编写自己的内存管理方案。编写这样的内存管理方案，目的无非有两个：一是减少对 malloc/free的依赖，从而避免由之带来的内存碎片、时间不确定等总是;另一个是增强程序的查错能力，送还内存使用错误。对于在嵌入式系统中广泛存在的数据库类型的内存需求，即分配多个固定尺寸的内存单元的要求，“一闪分配，多次使用”的方案无疑是一种很好的解决之道。文中介绍的2个例子很好地体现了它的优越性。