雖然現(xiàn)在的單片機(jī)系統(tǒng)，CPU的資源并不是那么緊缺了，也有豐富的內(nèi)存空間，但是我們還是要積極地實(shí)現(xiàn)內(nèi)存管理，這可以幫我們減少內(nèi)存資源的占用，優(yōu)化程序，提高效率。

而任務(wù)調(diào)度算法，則是幫助我們合理安排實(shí)時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)任務(wù)的邏輯順序，保證各個(gè)任務(wù)按照某種規(guī)則協(xié)調(diào)有效地進(jìn)行。

1

內(nèi)存管理

• 堆(heap)：就是一塊空閑的內(nèi)存，需要提供管理函數(shù)
• 棧(stack)：函數(shù)調(diào)用時(shí)局部變量保存在棧中，當(dāng)前程序的環(huán)境也是保存在棧中

FreeRTOS 中內(nèi)存管理的接口函數(shù)為：pvPortMalloc 、 vPortFree ，對(duì)應(yīng)于 C 庫的 malloc 、 free。

源碼中提供了5種內(nèi)存管理的方法。

1.heap_1

它只實(shí)現(xiàn)了pvPortMalloc，沒有實(shí)現(xiàn)vPortFree。

它的實(shí)現(xiàn)過程就是，先定義一個(gè)大數(shù)組（堆）-A，當(dāng)用戶創(chuàng)建任務(wù)時(shí)B圖中的藍(lán)色區(qū)域被占用，創(chuàng)建更多任務(wù)時(shí)，如圖所示。

2.heap_2

Heap_2 使用 最佳匹配算法 (best fifit) 來分配內(nèi)存，它支持vPortFree釋放內(nèi)存

Heap_2 不會(huì)合并相鄰的空閑內(nèi)存，所以 Heap_2 會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的 " 碎片化 " 問題。

但是，如果申請(qǐng)、分配內(nèi)存時(shí)大小總是相同的，這類場景下 Heap_2 沒有碎片化的問題。所以它適用于：頻繁地創(chuàng)建、刪除任務(wù)，但是任務(wù)的棧大小都是相同的( 創(chuàng)建任務(wù)時(shí)，需要分配 TCB 和棧， TCB 總是一樣的) 。

3.heap_3

Heap_3 使用標(biāo)準(zhǔn) C 庫里的 malloc 、 free 函數(shù)，所以堆大小由鏈接器的配置決定，配置項(xiàng)confifigTOTAL_HEAP_SIZE 不再起作用。

4.heap_4

Heap_4 使用首次適應(yīng)算法 (fifirst fifit) 來分配內(nèi)存。它還會(huì)把相鄰的空閑內(nèi)存合并為一個(gè)更大的空閑內(nèi)存， 這有助于較少內(nèi)存的碎片問題。

Heap_4 會(huì)把相鄰空閑內(nèi)存合并為一個(gè)大的空閑內(nèi)存，可以較少內(nèi)存的碎片化問題。適用于這種場景：頻繁地分配、釋放不同大小的內(nèi)存。

5.heap_5

Heap_5 分配內(nèi)存、釋放內(nèi)存的算法跟 Heap_4 是一樣的。相比于 Heap_4 ， Heap_5 并不局限于管理一個(gè)大數(shù)組：它可以管理多塊、分隔開的內(nèi)存。

在嵌入式系統(tǒng)中，內(nèi)存的地址可能并不連續(xù)，這種場景下可以使用 Heap_5 ，但需要進(jìn)行初始化：確定這些內(nèi)存塊在哪、多大。

內(nèi)存分配失敗時(shí)的鉤子函數(shù):

在 FreeRTOSConfifig.h 中，把宏 confifigUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 定義為1，可以開啟使用一個(gè)鉤子函數(shù)vApplicationMallocFailedHook，當(dāng)pvPortMalloc失敗后，可以在這個(gè)鉤子函數(shù)中做一些事情。

void * pvPortMalloc( size_t xWantedSize )vPortDefineHeapRegions 
{ 
...... 
#if ( configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK == 1 ) 
{ 
    if( pvReturn == NULL ) 
    { 
        extern void vApplicationMallocFailedHook( void ); 
        vApplicationMallocFailedHook(); 
    } 
}
#endif 
return pvReturn; 
}

2

任務(wù)調(diào)度

所謂調(diào)度算法就是怎么確定哪個(gè)就緒態(tài)的任務(wù)可以切換為運(yùn)行狀態(tài)。

通過配置文件 FreeRTOSConfifig.h 的兩個(gè)配置宏來配置調(diào)度算法：confifigUSE_PREEMPTION、confifigUSE_TIME_SLICING 。

• confifigUSE_PREEMPTION：為1時(shí)，采用可搶占調(diào)度，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)搶先執(zhí)行；為0時(shí)，當(dāng)一個(gè)任務(wù)正在執(zhí)行時(shí)，就算一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)處于Ready狀態(tài)了也不能打斷該任務(wù)的執(zhí)行，除非這個(gè)任務(wù)自己停止。
• confifigUSE_TIME_SLICING：為1時(shí)，開啟時(shí)間片調(diào)度，同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)輪流執(zhí)行；為0時(shí)，
  當(dāng)前任務(wù)會(huì)一直執(zhí)行，直到主動(dòng)放棄、或者被高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占。

3

總結(jié)

關(guān)于內(nèi)存管理及任務(wù)調(diào)度寫這些，后面會(huì)進(jìn)行常用的任務(wù)--通訊方式堆棧、隊(duì)列等的介紹。