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在嵌入式裸機編程中，作為一名初級的CODER。經常要與CPU、內存等打交道。CPU作為系統的動力源，其重要程度不言而喻。但是，在裸機編程中，對內存的管理也不容忽視。如果稍微不注意，輕則，可能造成內存泄漏，重則造成內存訪問異常。導致系統死機。嵌入式產品，對穩定性要求及其嚴格。動不動就死機，那可就麻煩大了。以下，是我本人對嵌入式系統裸機編程的內存管理的一些簡介。

1、盡量不使用庫自帶的malloc和free。

malloc和free在PC編程中是很好用的一種內存分配手段。但是，其在嵌入式中，就未必好用了。由于嵌入式裸機編程中，無MMU，即內存管理單元。無法實現對內存進行動態映射（不明白什么叫動態映射的同學，可以參考網上的資料）。也就是說，實際上，malloc和free并不能實現動態的內存的管理。這需要在啟動階段專門給其分配一段空閑的內存區域作為malloc的內存區。如STM32中的啟動文件startup_stm32f10x_md.s中可見以下信息：

其中，Heap_Size即定義一個宏定義。數值為 0x00000800。Heap_Mem則為申請一塊連續的內存，大小為 Heap_Size。簡化為C語言版本如下：

#define Heap_Size 0x00000800unsigned char Heap_Mem[Heap_Size] = {0};

在這里申請的這塊內存，在接下來的代碼中，被注冊進系統中給malloc和free函數所使用：

__user_initial_stackheapLDR     R0, =  Heap_Mem  ;  返回系統中堆內存起始地址LDR     R1, =(Stack_Mem + Stack_Size)LDR     R2, = (Heap_Mem +  Heap_Size); 返回系統中堆內存的結束地址LDR     R3, = Stack_MemBX      LR

就如上面分析的那樣，其實，在裸機編程的時候，對堆內存的管理。并非是智能化的，并非你想申請多少就多少。而是使用一塊固定的內存用作堆內存的分配。這在設計的時候，往往不是最佳的方案。這塊內存，如果被多次按照不同的大小進行申請，就會造成內存碎片。最終導致無法申請到足夠的內存。導致系統運行出錯。這在原本內存就已經很少的嵌入式系統中，更是不能接受的。所以，建議是把那個Heap_Size設置成 0 吧。放棄其使用吧。而更為致命的是，有些malloc，free函數，由于工程人員的偷懶。實現甚至可能如下：

unsigned char mem_buffer[512];unsigned char *mem_offset = & mem_buffer;void *malloc(int size){unsigned char *tmp = mem_offset;    mem_offset += size;return (void *)tmp;}void free(void *mem){ mem_offset = mem;}

2、不用malloc、free的原因

一般單片機的內存都比較小，而且沒有MMU,malloc 與free的使用容易造成內存碎片。而且可能因為空間不足而分配失敗，從而導致系統崩潰，因此應該慎用，或者自己實現內存管理。如：《一個簡單而強大的單片機內存管理器》在函數中使用malloc，如果是大的內存分配，而且malloc與free的次數也不是特別頻繁，使用malloc與free是比較合適的，但是如果內存分配比較小，而且次數特別頻繁，那么使用malloc與free就有些不太合適了。因為過多的malloc與free容易造成內存碎片，致使可使用的堆內存變小。尤其是在對單片機等沒有MMU的芯片編程時，慎用malloc與free。如果需要對內存的頻繁操作，可以自己實現一個內存管理。使用動態內存分配，應分不同的應用場合。對于在操作系統上運行的程序，實際的物理內存分配與釋放使用操作系統來實現的，即使程序調用了 malloc和free物理內存并不會馬上變化。物理內存的變化，直到系統的內存管理操作時才發生。對于裸機跑在MCU上的程序，分配與釋放內存都會造成實際物理內存的變化。因為此時物理內存的分配是由自己實現的，而內存管理我們自己并沒有去做。這樣，盲目的使用malloc與free恰恰并不好，反而會造成內存的不恰當使用。甚至于內存溢出。所以，動態內存的使用前提是有一套好的內存管理方法，這樣動態內存的使用才會合理使用內存。如果沒有合適的內存管理代碼，還是用靜態內存好一些。

3、更好的替代方案：內存池。

可能有些同學，覺得：內存池，這是什么東西？內存池，簡潔地來說，就是預先分配一塊固定大小的內存。以后，要申請固定大小的內存的時候，即可從該內存池中申請。用完了，自然要放回去。注意，內存池，每次申請都只能申請固定大小的內存。這樣子做，有很多好處：（1）每次動態內存申請的大小都是固定的，可以有效防止內存碎片化。（至于為什么，可以想想，每次申請的都是固定的大小，回收也是固定的大?。?/span> （2）效率高，不需要復雜的內存分配算法來實現。申請，釋放的時間復雜度，可以做到O(1)。（3）實現簡單，易用。（4）內存的申請，釋放都在可控的范圍之內。不會出現以后運行著，運行著，就再也申請不到內存的情況。內存池，并非什么很厲害的技術。實現起來，其實可以做到很簡單。只需要一個鏈表即可。在初始化的時候，把全局變量申請來的內存，一個個放入該鏈表中。在申請的時候，只需要取出頭部并返回即可。在釋放的時候，只需要把該內存插入鏈表。以下是一種簡單的例子（使用移植來的linux內核鏈表，對該鏈表的移植，以后有時間再去分析）：

#define MEM_BUFFER_LEN  5    //內存塊的數量#define MEM_BUFFER_SIZE 256 //每塊內存的大小
//內存池的描述，使用聯合體，體現窮人的智慧。就如，我一同學說的：一個字節，恨不得掰成8個字節來用。typedef union mem {struct list_head list;unsigned char buffer[MEM_BUFFER_SIZE];}mem_t;
static union mem gmem[MEM_BUFFER_LEN];
LIST_HEAD(mem_pool);
//分配內存void *mem_pop(){    union mem *ret = NULL;    psr_t psr;
    psr = ENTER_CRITICAL();    if(!list_empty(&mem_pool)) { //有可用的內存池         ret = list_first_entry(&mem_pool, union mem, list);        //printf("mem_pool = 0x%p  ret = 0x%p
", &mem_pool, &ret->list);        list_del(&ret->list); } EXIT_CRITICAL(psr); return ret;//->buffer;}

//回收內存void mem_push(void *mem){    union mem *tmp = NULL;     psr_t psr;
    tmp = (void *)mem;//container_of(mem, struct mem, buffer);    psr = ENTER_CRITICAL();    list_add(&tmp->list, &mem_pool);    //printf("free = 0x%p
", &tmp->list);
    EXIT_CRITICAL(psr);}
//初始化內存池void mem_pool_init(){    int i;    psr_t psr;    psr = ENTER_CRITICAL();    for(i=0; i        list_add(&(gmem[i].list), &mem_pool);        //printf("add mem 0x%p
", &(gmem[i].list)); } EXIT_CRITICAL(psr);}

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原文標題：嵌入式裸機編程中使用malloc、free會怎樣？

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嵌入式系統裸機編程的內存管理簡介

1、盡量不使用庫自帶的malloc和free。

2、不用malloc、free的原因

3、更好的替代方案：內存池。

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