在實時系統(tǒng)中管理內(nèi)存是一項挑戰(zhàn)。有許多方面需要考慮，例如代碼空間內(nèi)存管理、RAM內(nèi)存管理、內(nèi)存優(yōu)化以及它們?nèi)绾斡绊懶阅艿鹊取Ｏ旅媸瞧邆€通用的技巧，可以幫助嵌入式開發(fā)人員開始管理他們的內(nèi)存。

　　技巧1–避免malloc

　　在需要確定性計時的實時系統(tǒng)中，使用malloc動態(tài)分配內(nèi)存是一個壞主意。首先，典型的malloc實現(xiàn)是不確定的，這意味著即使能夠分配內(nèi)存，也不能保證分配內(nèi)存需要多長時間。使用malloc會產(chǎn)生許多實時問題，例如

　　堆碎片

　　分配內(nèi)存失敗

　　不確定的行為

　　不要試探命運，避開malloc就好。

　　技巧2–僅將內(nèi)存字節(jié)池用于任務(wù)堆棧分配

　　RTOS通常包含許多供開發(fā)人員分配內(nèi)存的機(jī)制。選項通常是字節(jié)和塊內(nèi)存池。字節(jié)內(nèi)存池的行為與堆非常相似，并像malloc一樣分配內(nèi)存。有一些實現(xiàn)是確定性的，但是仍然存在堆碎片的潛在問題。出于這些原因，強(qiáng)烈建議開發(fā)人員在應(yīng)用程序開始時只使用字節(jié)池來分配內(nèi)存，例如緩沖區(qū)或任務(wù)堆棧。

　　技巧3–使用內(nèi)存塊池進(jìn)行動態(tài)內(nèi)存分配

　　有時候，嵌入式開發(fā)人員無法擺脫靜態(tài)分配所有內(nèi)存的問題。應(yīng)用程序可能無法提前知道需要多少內(nèi)存，或者預(yù)先分配所有內(nèi)存可能需要比微控制器上可用內(nèi)存更多的RAM。不想使用內(nèi)存分配或字節(jié)池的話，開發(fā)人員應(yīng)該怎么做呢?答案是使用塊內(nèi)存池。塊內(nèi)存池在固定的內(nèi)存塊中分配內(nèi)存，不像字節(jié)內(nèi)存池一次分配一個字節(jié)。塊內(nèi)存池的算法是確定性的和快速的!因此，如果你需要動態(tài)分配內(nèi)存，請使用塊內(nèi)存池。(大多數(shù)實時操作系統(tǒng)都有)。

　　技巧4–靜態(tài)分配內(nèi)存

　　靜態(tài)分配內(nèi)存意味著所有的內(nèi)存分配都是在編譯時而不是運行時執(zhí)行的。這是確保確定性的最安全的方法，并且不會有內(nèi)存碎片問題。當(dāng)開發(fā)人員不能在編譯時分配內(nèi)存時，一些動態(tài)分配任務(wù)控制塊的RTOS就是這種情況，嘗試在系統(tǒng)初始化期間執(zhí)行所有的動態(tài)內(nèi)存分配。在啟動時分配內(nèi)存看起來像是靜態(tài)分配的。

　　技巧5–盡量減少RTOS對象的使用

　　通過RTOS創(chuàng)建的每個對象，比如任務(wù)、信號量、消息隊列等等，都有一個與之相關(guān)聯(lián)的控制塊。控制塊本質(zhì)上是一種結(jié)構(gòu)，它保存了對象執(zhí)行其功能所必需的各種參數(shù)。在資源受限的環(huán)境中工作的嵌入式開發(fā)人員會希望盡量減少他們在應(yīng)用程序中使用的對象數(shù)量。如果開發(fā)人員不密切監(jiān)控RTOS對象的代碼，它們會很快開始使用大量的RAM。

　　技巧6–更改編譯器的默認(rèn)優(yōu)化設(shè)置

　　在運行時處理內(nèi)存并不是開發(fā)人員會遇到的唯一內(nèi)存管理問題。有時，開發(fā)人員需要嘗試優(yōu)化RAM和ROM，以便最大限度地降低他們使用的微控制器的BOM成本。在許多情況下，編譯器(如GCC)默認(rèn)不包含最佳優(yōu)化設(shè)置，代碼通常臃腫而緩慢。不要依賴默認(rèn)的編譯器設(shè)置。查看編譯器手冊，了解可用于調(diào)整RAM和ROM大小的優(yōu)化和設(shè)置。

　　技巧7–監(jiān)控內(nèi)存映射文件

　　跟蹤ROM和RAM去向的一個好方法是查看編譯器生成的內(nèi)存映射文件。這個文件將告訴開發(fā)人員函數(shù)的代碼大小，以及為它們的變量分配了多少內(nèi)存。不同工具的地圖文件通常略有不同，因此需要開發(fā)人員打開文件并手動瀏覽它們，以確定它們的內(nèi)存使用情況。開發(fā)人員可以編寫一個Python腳本來讀取文件，并提供機(jī)制來查看哪里的優(yōu)化和代碼返工是最有效的。

　　結(jié)論

　　實時嵌入式軟件開發(fā)人員經(jīng)常為管理他們的系統(tǒng)內(nèi)存而苦惱。由于沒有跟蹤內(nèi)存的去向，它們可能會很快耗盡代碼空間，或者出現(xiàn)與堆碎片相關(guān)的運行時問題。我們在本文中研究的技巧看起來很簡單，但是通過遵循它們，嵌入式開發(fā)人員不僅可以更好地管理他們的內(nèi)存占用，還可以省去調(diào)試一個瀕臨內(nèi)存災(zāi)難的系統(tǒng)的麻煩。