FreeRTOS內存機制詳解

FreeRTOS內存分配方式

FreeRTOS是一種實(shí)時(shí)操作系統，它提供了多種內存分配方式，包括動(dòng)態(tài)內存分配和靜態(tài)內存分配。其中，動(dòng)態(tài)內存分配是最常用的一種方式，它允許程序在運行時(shí)動(dòng)態(tài)地申請和釋放內存空間。而靜態(tài)內存分配則是在編譯時(shí)就已經(jīng)確定了內存空間的大小和位置，無(wú)法在運行時(shí)進(jìn)行修改。

靜態(tài)分配內存：以靜態(tài)分配方式給任務(wù)、軟件定時(shí)器，信號量、互斥鎖等系統資源分配資源，不會(huì )調用freeRTOS的pvPortMalloc內存分配接口，在RAM在自定義內存空間（全局數組、全局變量等），創(chuàng )建任務(wù)、定時(shí)器。信號量、互斥鎖等資源，將自定義的內存空間與創(chuàng )建的系統資源綁定。內存分布如下圖所示：

動(dòng)態(tài)分配內存：以動(dòng)態(tài)分配方式給任務(wù)、軟件定時(shí)器，信號量、互斥鎖等系統資源分配資源，調用系統提供的pvPortMalloc內存分配接口，在系統的ucHeap中（使用heap_3.c的內存管理方式除外，使用heap_3.c內存方式，會(huì )直接調用c庫的malloc申請空間）申請任務(wù)、信號量、隊列、互斥鎖等所需的內存空間。內存分布如下圖所示（heap_3.c的內存管理方式除外）：

在FreeRTOS中，動(dòng)態(tài)內存分配是通過(guò)函數xTaskCreate()來(lái)實(shí)現的。該函數可以創(chuàng )建一個(gè)任務(wù)，并為其分配一定的?？臻g和堆空間。其中，?？臻g用于存儲函數調用時(shí)的局部變量和返回地址等信息，而堆空間則用于存儲任務(wù)運行時(shí)需要的數據和變量等。

除了xTaskCreate()函數之外，FreeRTOS還提供了其他的動(dòng)態(tài)內存分配函數，如vTaskAllocateBlock()、prvAllocateRAM()等。這些函數都可以用來(lái)申請一定大小的內存空間，并將其分配給指定的任務(wù)或數據結構使用。

需要注意的是，在使用動(dòng)態(tài)內存分配時(shí)，需要確保所申請的內存空間不會(huì )超出系統可用的內存范圍。否則，可能會(huì )導致系統崩潰或其他不可預料的錯誤發(fā)生。因此，在使用動(dòng)態(tài)內存分配時(shí)，需要謹慎地評估所需的內存大小，并根據實(shí)際需求進(jìn)行調整。

FreeRTOS內存操作相關(guān)接口

FreeRTOS提供了一系列的內存操作相關(guān)接口，用于對內存進(jìn)行管理和操作。其中，最常用的接口包括以下幾個(gè)：

1. xTaskCreate()：創(chuàng )建一個(gè)任務(wù)，并為其分配一定的?？臻g和堆空間。
2. vTaskDelete()：刪除一個(gè)任務(wù)，并釋放其占用的?？臻g和堆空間。
3. vPortFree()：釋放一段已經(jīng)分配好的內存空間。
4. prvAllocateRAM()：在系統中申請一段連續的RAM空間，并將其分配給指定的數據結構使用。
5. vTaskSuspendAll()：暫停所有正在運行的任務(wù)，以便進(jìn)行內存管理和其他操作。
6. xTaskGetCurrentTaskHandle()：獲取當前正在執行的任務(wù)句柄。
7. uxTaskGetNumberOfTasks()：獲取當前系統中正在運行的任務(wù)數量。
8. pcTaskGetName()：獲取指定任務(wù)的名稱(chēng)字符串。
9. xQueueCreate()：創(chuàng )建一個(gè)隊列，并為其分配一定的內存空間。
10. xQueueSend()：向指定的隊列中發(fā)送一個(gè)數據項。
11. xQueueReceive()：從指定的隊列中接收一個(gè)數據項。
12. xQueuePeek()：查看指定隊列中的第一個(gè)數據項。
13. xQueueReset()：清空指定隊列中的所有數據項。
14. xQueueIsFull()：判斷指定隊列是否已滿(mǎn)。
15. xQueueIsEmpty()：判斷指定隊列是否為空。

以上是FreeRTOS常用的一些內存操作相關(guān)接口，通過(guò)這些接口可以實(shí)現對任務(wù)、隊列等數據的管理和操作。需要注意的是，在使用這些接口時(shí)，需要根據實(shí)際需求選擇合適的參數和選項，以確保系統的穩定性和可靠性。

FreeRTOS內存管理方式

FreeRTOS采用了一種先進(jìn)的內存管理方式，即基于優(yōu)先級的搶占式多任務(wù)調度機制。在這種機制下，每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)優(yōu)先級，高優(yōu)先級的任務(wù)會(huì )優(yōu)先被調度執行，而低優(yōu)先級的任務(wù)則會(huì )等待高優(yōu)先級的任務(wù)執行完畢后再進(jìn)行調度。這種機制可以有效地避免任務(wù)之間的競爭和沖突，提高系統的響應速度和穩定性。

此外，FreeRTOS還采用了一種稱(chēng)為“就地”(in-place)的內存管理方式。在這種管理方式下，任務(wù)的?？臻g和堆空間都是在同一個(gè)連續的內存區域中分配的，而不是像傳統的操作系統那樣將?？臻g和堆空間分開(kāi)來(lái)管理。這種方式可以減少內存碎片的產(chǎn)生，提高內存利用率和系統性能。同時(shí)，由于?？臻g和堆空間是在同一個(gè)連續的內存區域中分配的，因此也方便了任務(wù)之間的通信和數據共享。

總之，FreeRTOS采用了一種先進(jìn)的內存管理方式，通過(guò)基于優(yōu)先級的搶占式多任務(wù)調度機制和就地內存管理方式，實(shí)現了高效、穩定、可靠的內存管理和任務(wù)調度功能。這些特性使得FreeRTOS成為了嵌入式系統開(kāi)發(fā)中最常用的實(shí)時(shí)操作系統之一。