μC/ OSII 內(nèi)核是一個(gè)搶先式內(nèi)核，可以進(jìn)行任務(wù)間切換，也可以讓一個(gè)任務(wù)在得不到某個(gè)資源時(shí)休眠一定時(shí)間后再繼續(xù)運(yùn)行。它提供了用于共享資源管理的信號(hào)燈，用于進(jìn)程通信的消息隊(duì)列和郵箱，甚至提供了存儲(chǔ)器管理機(jī)制，是一個(gè)比較全面的系統(tǒng)。筆者就μC/ OSII 的內(nèi)存管理系統(tǒng)提出了一種改進(jìn)的方法。

　　1 內(nèi)存管理不足之處的分析

　　在μC/ OSII 中，操作系統(tǒng)把連續(xù)的大塊內(nèi)存按分區(qū)來(lái)管理。每個(gè)分區(qū)中包含有整數(shù)個(gè)大小相同的內(nèi)存塊。為了便于內(nèi)存的管理，在μC/ OSII中使用內(nèi)存控制塊（Memory Control Blocks）  的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)跟蹤每一個(gè)內(nèi)存分區(qū)。分區(qū)中的各大小相同的內(nèi)存塊的頭幾個(gè)字節(jié)用來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)指針，指向下一個(gè)空閑內(nèi)存塊，內(nèi)存控制塊的OSMemFreeList 域指向空閑內(nèi)存塊鏈表的個(gè)空閑內(nèi)存塊。

　　在分析許多μC/OS-II的應(yīng)用實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，任務(wù)?？臻g和內(nèi)存分區(qū)的創(chuàng)建采用了定義全局?jǐn)?shù)組的方法，即定義一維或二維的全局?jǐn)?shù)組，在創(chuàng)建任務(wù)或內(nèi)存分區(qū)時(shí)，將數(shù)組名作為內(nèi)存地址指針傳遞給生成函數(shù)。這樣實(shí)現(xiàn)起來(lái)固然簡(jiǎn)單，但是不夠靈活有效。

　　編譯器會(huì)將全局?jǐn)?shù)組作為未初始化的全局變量，放到應(yīng)用程序映像的數(shù)據(jù)段。數(shù)組大小是固定的，生成映像后不可能在使用中動(dòng)態(tài)地改變。定義小于了任務(wù)棧溢出，會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。對(duì)于內(nèi)存分區(qū)，在不知道系統(tǒng)初始化后給用戶(hù)留下了多少自由內(nèi)存空間的情況下，很難定義內(nèi)存分區(qū)所用數(shù)組的大小。利用全局?jǐn)?shù)組來(lái)分配內(nèi)存空間是很不合理的。

　　2 解決問(wèn)題的方法

　　為了能清楚掌握自由內(nèi)存空間的情況，避免使用全局?jǐn)?shù)組分配內(nèi)存空間，關(guān)鍵是要知道整個(gè)應(yīng)用程序在編譯、鏈接后代碼段和數(shù)據(jù)段的大小，在目標(biāo)板內(nèi)存中是如何定位的，以及目標(biāo)板內(nèi)存大小。對(duì)于一條，系統(tǒng)編程人員當(dāng)然是清楚的，條編譯器會(huì)給出，而如何定位是由編程人員根據(jù)具體應(yīng)用環(huán)境在系統(tǒng)初始化確定的。系統(tǒng)初始化時(shí)，如果能正確安排代碼段和數(shù)據(jù)段的位置，就能清楚地知道用戶(hù)可以自由使用的內(nèi)存空間起始地址。用目標(biāo)板內(nèi)存端地址減去起始地址，就是這一自由空間的大小。

　　3 舉例描述該方法的實(shí)現(xiàn)

　　下面以在CirrusLogic公司的EP7211微處理器上使用μC/OS-II為例，描述該方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。假設(shè)基于μC/OS-II的應(yīng)用程序比較簡(jiǎn)單，以簡(jiǎn)化問(wèn)題的闡述。

　　3.1 芯片初始化過(guò)程和鏈接器的功能

　　EP7211采用了RISC體系結(jié)構(gòu)的微處理器核ARM&TDMI，該芯片支持內(nèi)存管理單元MMU。系統(tǒng)電復(fù)位后，從零地址開(kāi)始執(zhí)行由匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的初始化代碼。之后創(chuàng)建中斷處理程序使用的棧空間，跳轉(zhuǎn)到C程序的入口執(zhí)行系統(tǒng)C程序。

　　對(duì)于應(yīng)用程序，ARM軟件開(kāi)發(fā)包括提供的ARM鏈接器會(huì)產(chǎn)生只讀段（read-only section RO）、讀寫(xiě)段（read-write section RW）和零初始化段（zero-initialized section ZI）。每種段可以有多個(gè)，對(duì)較簡(jiǎn)單程序一般各有一個(gè)。

　　一般嵌入式應(yīng)用，程序鏈接定位后生成bin文件，即地址空間的代碼，因此上述符號(hào)的值表示物理地址。對(duì)于簡(jiǎn)單程序，可在編譯鏈接時(shí)指定RO和RW的基礎(chǔ)址，幫助鏈接器計(jì)算上述符號(hào)的值。對(duì)于較復(fù)雜的程序可以由scatter描述文件來(lái)定義RO和RW的基地址。

　　3.2 具體實(shí)例及說(shuō)明

　　所謂C環(huán)境初始化，就是利用上述符號(hào)初始化RW段和ZI段，以使后面使用全局變量的C程序正常運(yùn)行。下面是初始化部分的實(shí)例：

　　ENTRY ；應(yīng)用程序入口，應(yīng)該位于內(nèi)存的零地址。

　??；中斷向量表

　　B Reset_Handler

　　B Undefined_Handler

　　B SWI_Handler

　　B Prefetch_Handler

　　B Abort_Handler

　　NOP ;保留向量

　　B IRQ_Handler

　　B FIQ_Handler

　?。划?dāng)用戶(hù)使用除復(fù)位中斷以外的幾個(gè)中斷時(shí)，應(yīng)將跳轉(zhuǎn)地址換成中斷處理程序的入口地址。

　　Undefined_Handler

　　B Undefined_Handler

　　SWI_Handler

　　B SWI_Handler

　　Prefetch_Handler

　　B Prefech_Handler

　　Abort_Handler

　　B Abort_Handler

　　IRQ_Handler

　　B IRQ_Handler

　　FIQ_Handler

　　B FIQ_Handler

　　；程序初始化部分

　　Reset_Handler

　?。怀跏蓟⑻幚砥骷拇嫫?，以使其正常工作。

　　……

　　；啟動(dòng)MMU，進(jìn)入虛擬內(nèi)存管理。

　　……

　??；初始化C環(huán)境。

　　IMPORT |Image$$RO$$Limit|

　　IMPORT |Image$$RW$$Base|

　　LDR r0,=|Image$$RO$$Limit|

　　LDR r1,=|Image$$RW$$Base|

　　LDR r3,=|Image$$ZI$$Base|

　　CMP r0,r1

　　BEQ %F1

　　0 CMP r1,r3

　　LDRCC r2,[r0],#4

　　STRCC r2,[r1],#4

　　BCC $B0

　　1 LDR r1,=|Image$$ZI$$Limit|

　　MOV r2,#0

　　2 CMP r3,r1

　　STRCC r2,[r3],#4

　　BCC %B2

　　在RAM中初始化RW段和ZI段后，ZI段結(jié)束后的首地址到系統(tǒng)RAM端之間的內(nèi)存就是用戶(hù)可以自由使用的空間，也就是說(shuō)Image$$ZI$$Limit是這一內(nèi)容空間的起始地址。

　　如果系統(tǒng)使用了定時(shí)器，還可在此之后創(chuàng)建定時(shí)器中斷的棧空間，假設(shè)其大小也為1024個(gè)字節(jié)。此時(shí)自由內(nèi)存空間的起始地址變?yōu)椋?/P>

　　Image$$ZI$$Limit+1024×4

　　在初始化代碼的將其作為一個(gè)參數(shù)傳遞到C程序入口，代碼如下：

　　LDR r0,=|Image$$ZI$$Limit|

　?。粍?chuàng)建IRQ?？臻g。

　　……

　??；增加地址指針。

　　ADD r0,r0,#1024

　　;創(chuàng)建FIQ?？臻g。

　　……

　　；增加地址指針。

　　ADD r0,r0,#1024

　　;創(chuàng)建SVC?？臻g。

　　……

　??；增加地址指針。

　　ADD r0,r0,#1024

　??；創(chuàng)建定時(shí)器中斷棧空間。

　　……

　　；增加地址指針。

　　ADD r0,r0,#1024

　　;導(dǎo)入C代碼入口點(diǎn)。

　　IMPORT C_ENTRY

　?。惶D(zhuǎn)到C代碼，此時(shí)r0作為入口參數(shù)。

　　B C_ENTRY

　　3.3 對(duì)實(shí)例的總結(jié)

　　在C程序中，上述起始地址可以作為內(nèi)存分區(qū)創(chuàng)建函數(shù)OSMemCreate（）的內(nèi)存地址參數(shù)，內(nèi)存分區(qū)的值就是目標(biāo)板RAM的端地址減去起始地址的值。圖1顯示了RO段在RAM中的內(nèi)存分布情況，這種情況下，程序映像一般被保存目標(biāo)板內(nèi)存中。系統(tǒng)從閃存啟動(dòng)后，將RO段拷貝到RAM中繼續(xù)執(zhí)行。圖2顯示了RO段在閃存中，RW和ZI段在RAM中的情況。這種情況下，系統(tǒng)啟動(dòng)和代碼的執(zhí)行都發(fā)生在閃存中。

　　用戶(hù)知道起始地址的值和自由內(nèi)存的大小后，就可以清楚、靈活地建立和使用內(nèi)存分區(qū)了。可以根據(jù)具體需要建立一些大小不同的內(nèi)存分區(qū)，任務(wù)棧、事件控制塊和消息隊(duì)列都可以在這些內(nèi)存分區(qū)中分配。系統(tǒng)可以非常清晰地掌握內(nèi)存使用情況。