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第7章.doc

第7章

linwhwylb
2018-09-05 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第7章doc》,可适用于IT/计算机领域

第章内存管理内存控制块建立一个内存分区OSMemCreate()分配一个内存块OSMemGet()释放一个内存块OSMemPut()查询一个内存分区的状态OSMemQuery()UsingMemoryPartitions等待一个内存块内存管理我们知道在ANSIC中可以用malloc()和free()两个函数动态地分配内存和释放内存。但是在嵌入式实时操作系统中多次这样做会把原来很大的一块连续内存区域逐渐地分割成许多非常小而且彼此又不相邻的内存区域也就是内存碎片。由于这些碎片的大量存在使得程序到后来连非常小的内存也分配不到。在节的任务堆栈中我们讲到过用malloc()函数来分配堆栈时曾经讨论过内存碎片的问题。另外由于内存管理算法的原因malloc()和free()函数执行时间是不确定的。在µCOSII中操作系统把连续的大块内存按分区来管理。每个分区中包含有整数个大小相同的内存块如同图F。利用这种机制µCOSII对malloc()和free()函数进行了改进使得它们可以分配和释放固定大小的内存块。这样一来malloc()和free()函数的执行时间也是固定的了。如图F在一个系统中可以有多个内存分区。这样用户的应用程序就可以从不同的内存分区中得到不同大小的内存块。但是特定的内存块在释放时必须重新放回它以前所属于的内存分区。显然采用这样的内存管理算法上面的内存碎片问题就得到了解决。图F内存分区Figure图F多个内存分区Figure内存控制块为了便于内存的管理在µCOSII中使用内存控制块(memorycontrolblocks)的数据结构来跟踪每一个内存分区系统中的每个内存分区都有它自己的内存控制块。程序清单L是内存控制块的定义。程序清单L内存控制块的数据结构typedefstruct{void*OSMemAddrvoid*OSMemFreeListINTUOSMemBlkSizeINTUOSMemNBlksINTUOSMemNFree}OSMEMOSMemAddr是指向内存分区起始地址的指针。它在建立内存分区见节建立一个内存分区OSMemCreate()时被初始化在此之后就不能更改了。OSMemFreeList是指向下一个空闲内存控制块或者下一个空闲的内存块的指针具体含义要根据该内存分区是否已经建立来决定见节。OSMemBlkSize是内存分区中内存块的大小是用户建立该内存分区时指定的见节。OSMemNBlks是内存分区中总的内存块数量也是用户建立该内存分区时指定的见节。OSMemNFree是内存分区中当前可以得空闲内存块数量。如果要在µCOSII中使用内存管理需要在OSCFGH文件中将开关量OSMEMEN设置为。这样µCOSII在启动时就会对内存管理器进行初始化由OSInit()调用OSMemInit()实现。该初始化主要建立一个图F所示的内存控制块链表其中的常数OSMAXMEMPART(见文件OSCFGH)定义了最大的内存分区数该常数值至少应为。图F空闲内存控制块链表Figure建立一个内存分区OSMemCreate()在使用一个内存分区之前必须先建立该内存分区。这个操作可以通过调用OSMemCreate()函数来完成。程序清单L说明了如何建立一个含有个内存块、每个内存块字节的内存分区。程序清单L建立一个内存分区OSMEM*CommTxBufINTUCommTxPartvoidmain(void){INTUerrOSInit()CommTxBuf=OSMemCreate(CommTxPart,,,err)OSStart()}程序清单L是OSMemCreate()函数的源代码。该函数共有个参数:内存分区的起始地址、分区内的内存块总块数、每个内存块的字节数和一个指向错误信息代码的指针。如果OSMemCreate()操作失败它将返回一个指针。否则它将返回一个指向内存控制块的指针。对内存管理的其它操作象OSMemGet()OSMemPut()OSMemQuery()函数等都要通过该指针进行。每个内存分区必须含有至少两个内存块L()每个内存块至少为一个指针的大小因为同一分区中的所有空闲内存块是由指针串联起来的L()。接着OSMemCreate()从系统中的空闲内存控制块中取得一个内存控制块L()该内存控制块包含相应内存分区的运行信息。OSMemCreate()必须在有空闲内存控制块可用的情况下才能建立一个内存分区L()。在上述条件均得到满足时所要建立的内存分区内的所有内存块被链接成一个单向的链表L()。然后在对应的内存控制块中填写相应的信息L()。完成上述各动作后OSMemCreate()返回指向该内存块的指针。该指针在以后对内存块的操作中使用L()。程序清单LOSMemCreate()OSMEM*OSMemCreate(void*addr,INTUnblks,INTUblksize,INTU*err){OSMEM*pmemINTU*pblkvoid**plinkINTUiif(nblks<){()*err=OSMEMINVALIDBLKSreturn((OSMEM*))}if(blksize<sizeof(void*)){()*err=OSMEMINVALIDSIZEreturn((OSMEM*))}OSENTERCRITICAL()pmem=OSMemFreeList()if(OSMemFreeList!=(OSMEM*)){OSMemFreeList=(OSMEM*)OSMemFreeList>OSMemFreeList}OSEXITCRITICAL()if(pmem==(OSMEM*)){()*err=OSMEMINVALIDPARTreturn((OSMEM*))}plink=(void**)addr()pblk=(INTU*)addrblksizefor(i=i<(nblks)i){*plink=(void*)pblkplink=(void**)pblkpblk=pblkblksize}*plink=(void*)OSENTERCRITICAL()pmem>OSMemAddr=addr()pmem>OSMemFreeList=addrpmem>OSMemNFree=nblkspmem>OSMemNBlks=nblkspmem>OSMemBlkSize=blksizeOSEXITCRITICAL()*err=OSNOERRreturn(pmem)()}图F是OSMemCreate()函数完成后内存控制块及对应的内存分区和分区内的内存块之间的关系。在程序运行期间经过多次的内存分配和释放后同一分区内的各内存块之间的链接顺序会发生很大的变化。分配一个内存块OSMemGet()应用程序可以调用OSMemGet()函数从已经建立的内存分区中申请一个内存块。该函数的唯一参数是指向特定内存分区的指针该指针在建立内存分区时由OSMemCreate()函数返回。显然应用程序必须知道内存块的大小并且在使用时不能超过该容量。例如如果一个内存分区内的内存块为字节那么应用程序最多只能使用该内存块中的字节。当应用程序不再使用这个内存块后必须及时把它释放重新放入相应的内存分区中见节释放一个内存块OSMemPut()。图FOSMemCreate()Figure程序清单L是OSMemGet()函数的源代码。参数中的指针pmem指向用户希望从其中分配内存块的内存分区L()。OSMemGet()首先检查内存分区中是否有空闲的内存块L()。如果有从空闲内存块链表中删除第一个内存块L()并对空闲内存块链表作相应的修改L()。这包括将链表头指针后移一个元素和空闲内存块数减L()。最后返回指向被分配内存块的指针L()。程序清单LOSMemGet()void*OSMemGet(OSMEM*pmem,INTU*err)(){void*pblkOSENTERCRITICAL()if(pmem>OSMemNFree>){()pblk=pmem>OSMemFreeList()pmem>OSMemFreeList=*(void**)pblk()pmem>OSMemNFree()OSEXITCRITICAL()*err=OSNOERRreturn(pblk)()}else{OSEXITCRITICAL()*err=OSMEMNOFREEBLKSreturn((void*))}}值得注意的是用户可以在中断服务子程序中调用OSMemGet()因为在暂时没有内存块可用的情况下OSMemGet()不会等待而是马上返回指针。释放一个内存块OSMemPut()当用户应用程序不再使用一个内存块时必须及时地把它释放并放回到相应的内存分区中。这个操作由OSMemPut()函数完成。必须注意的是OSMemPut()并不知道一个内存块是属于哪个内存分区的。例如用户任务从一个包含字节内存块的分区中分配了一个内存块用完后把它返还给了一个包含字节内存块的内存分区。当用户应用程序下一次申请字节分区中的一个内存块时它会只得到字节的可用空间其它字节属于其它的任务这就有可能使系统崩溃。程序清单L是OSMemPut()函数的源代码。它的第一个参数pmem是指向内存控制块的指针也即内存块属于的内存分区L()。OSMemPut()首先检查内存分区是否已满L()。如果已满说明系统在分配和释放内存时出现了错误。如果未满要释放的内存块被插入到该分区的空闲内存块链表中L()。最后将分区中空闲内存块总数加L()。程序清单LOSMemPut()INTUOSMemPut(OSMEM*pmem,void*pblk)(){OSENTERCRITICAL()if(pmem>OSMemNFree>=pmem>OSMemNBlks){()OSEXITCRITICAL()return(OSMEMFULL)}*(void**)pblk=pmem>OSMemFreeList()pmem>OSMemFreeList=pblkpmem>OSMemNFree()OSEXITCRITICAL()return(OSNOERR)}查询一个内存分区的状态OSMemQuery()在µCOSII中可以使用OSMemQuery()函数来查询一个特定内存分区的有关消息。通过该函数可以知道特定内存分区中内存块的大小、可用内存块数和正在使用的内存块数等信息。所有这些信息都放在一个叫OSMEMDATA的数据结构中如程序清单L。程序清单LOSMEMDATA数据结构typedefstruct{void*OSAddr*指向内存分区首地址的指针*void*OSFreeList*指向空闲内存块链表首地址的指针*INTUOSBlkSize*每个内存块所含的字节数*INTUOSNBlks*内存分区总的内存块数*INTUOSNFree*空闲内存块总数*INTUOSNUsed*正在使用的内存块总数*}OSMEMDATA程序清单L是OSMemQuery()函数的源代码它将指定内存分区的信息复制到OSMEMDATA定义的变量的对应域中。在此之前代码首先禁止了外部中断防止复制过程中某些变量值被修改L()。由于正在使用的内存块数是由OSMEMDATA中的局部变量计算得到的所以可以放在(criticalsection中断屏蔽)的外面。程序清单LOSMemQuery()INTUOSMemQuery(OSMEM*pmem,OSMEMDATA*pdata){OSENTERCRITICAL()pdata>OSAddr=pmem>OSMemAddr()pdata>OSFreeList=pmem>OSMemFreeListpdata>OSBlkSize=pmem>OSMemBlkSizepdata>OSNBlks=pmem>OSMemNBlkspdata>OSNFree=pmem>OSMemNFreeOSEXITCRITICAL()pdata>OSNUsed=pdata>OSNBlkspdata>OSNFree()return(OSNOERR)}UsingMemoryPartitions图F是一个演示如何使用µCOSII中的动态分配内存功能以及利用它进行消息传递见第章的例子。程序清单L是这个例子中两个任务的示意代码其中一些重要代码的标号和图F中括号内用数字标识的动作是相对应的。第一个任务读取并检查模拟输入量的值(如气压、温度、电压等)如果其超过了一定的阈值就向第二个任务发送一个消息。该消息中含有时间信息、出错的通道号和错误代码等可以想象的任何可能的信息。错误处理程序是该例子的中心。任何任务、中断服务子程序都可以向该任务发送出错消息。错误处理程序则负责在显示设备上显示出错信息在磁盘上登记出错记录或者启动另一个任务对错误进行纠正等。图F使用动态内存分配Figure程序清单L内存分配的例子扫描模拟量的输入和报告出错AnalogInputTask(){for(){for(所有的模拟量都有输入){读入模拟量输入值()if(模拟量超过阈值){得到一个内存块()得到当前系统时间(以时钟节拍为单位)()将下列各项存入内存块:()系统时间(时间戳)超过阈值的通道号错误代码错误等级等向错误队列发送错误消息()(一个指向包含上述各项的内存块的指针)}}延时任务,直到要再次对模拟量进行采样时为止}}ErrorHandlerTask(){for(){等待错误队列的消息()(得到指向包含有关错误数据的内存块的指针)读入消息,并根据消息的内容执行相应的操作()将内存块放回到相应的内存分区中()}}等待一个内存块有时候在内存分区暂时没有可用的空闲内存块的情况下让一个申请内存块的任务等待也是有用的。但是µCOSII本身在内存管理上并不支持这项功能。如果确实需要则可以通过为特定内存分区增加信号量的方法实现这种功能(见节信号量)。应用程序为了申请分配内存块首先要得到一个相应的信号量然后才能调用OSMemGet()函数。整个过程见程序清单L。程序代码首先定义了程序中使用到的各个变量L()。该例中直接使用数字定义了各个变量的大小实际应用中建议将这些数字定义成常数。在系统复位时µCOSII调用OSInit()进行系统初始化L()然后用内存分区中总的内存块数来初始化一个信号量L()紧接着建立内存分区L()和相应的要访问该分区的任务L()。当然到此为止我们对如何增加其它的任务也已经很清楚了。显然如果系统中只有一个任务使用动态内存块就没有必要使用信号量了。这种情况不需要保证内存资源的互斥。事实上除非我们要实现多任务共享内存否则连内存分区都不需要。多任务执行从OSStart()开始L()。当一个任务运行时只有在信号量有效时L()才有可能得到内存块L()。一旦信号量有效了就可以申请内存块并使用它而没有必要对OSSemPend()返回的错误代码进行检查。因为在这里只有当一个内存块被其它任务释放并放回到内存分区后µCOSII才会返回到该任务去执行。同理对OSMemGet()返回的错误代码也无需做进一步的检查(一个任务能得以继续执行则内存分区中至少有一个内存块是可用的)。当一个任务不再使用某内存块时只需简单地将它释放并返还到内存分区L()并发送该信号量L()。程序清单L等待从一个内存分区中分配内存块OSEVENT*SemaphorePtr()OSMEM*PartitionPtrINTUPartitionOSSTKTaskStkvoidmain(void){INTUerrOSInit()()SemaphorePtr=OSSemCreate()()PartitionPtr=OSMemCreate(Partition,,,err)()OSTaskCreate(Task,(void*),TaskStk,err)()OSStart()()}voidTask(void*pdata){INTUerrINTU*pblockfor(){OSSemPend(SemaphorePtr,,err)()pblock=OSMemGet(PartitionPtr,err)()*使用内存块*OSMemPut(PartitionPtr,pblock)()OSSemPost(SemaphorePtr)()}}I

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