2019年08月26日 | 【STM32H7教程】第27章 STM32H7的TCM，SRAM等动态内存分配实现

27.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必优先学习第25章，了解TCM，SRAM等五块内存区的基础知识，比较重要。

将RTX5系统的动态内存管理整理了出来，可以同时管理多个分区。如果其它RTOS中使用，记得做互斥保护或者加个调度锁均可。

支持动态内存使用情况统计。

27.2 动态内存管理移植

移植比较简单，仅需添加两个文件到工程即可。

27.2.1 MDK版的移植

第1步，添加如下两个文件到MDK中

注，以本章配套例子为例，这两个文件的路径Usermalloc。

第2步，添加路径。

第3步，添加头文件。

如果哪个源文件要用到动态内存，包含rtx_lib.h即可，本章配套例子是直接将其放在了bsp.h文件里面，哪个源文件要用到动态内存，直接包含bsp.h头文件即可。

通过这简单的三步就完成了MDK的移植。

27.2.2 IAR版的移植

  第1步，添加如下两个文件到IAR中

注，以本章配套例子为例，这两个文件的路径Usermalloc。

  第2步，添加路径。

  第3步，添加头文件。

如果哪个源文件要用到动态内存，包含rtx_lib.h即可，本章配套例子是直接将其放在了bsp.h文件里面，哪个源文件要用到动态内存，直接包含bsp.h头文件即可。

通过这简单的三步就完成了IAR的移植。

27.3 动态内存的使用方法

下面分别以MDK和IAR为例进行说明：

27.3.1 MDK上的动态内存用法

  定义动态内存区

比如当前的主RAM用的DTCM，我们就可以直接定义一块大的数组作为动态内存空间：

/* DTCM, 64KB */

/* 用于获取当前使用的空间大小 */

mem_head_t *DTCMUsed; 

/* 定义为64位变量，首地址是8字节对齐 */             

uint64_t AppMallocDTCM[64*1024/8]; 

如果要使用AXI SRAM作为动态内存空间，可以使用__attribute__((at( )))指定地址。

/* D1域, AXI SRAM, 512KB */

/* 用于获取当前使用的空间大小 */

mem_head_t *AXISRAMUsed;  

/* 定义为64位变量，首地址是8字节对齐 */ 

uint64_t AppMallocAXISRAM[512*1024/8]__attribute__((at(0x24000000))); 

  初始化动态内存区

调用动态内存管理提供的函数osRtxMemoryInit即可做初始化：

osRtxMemoryInit(AppMallocDTCM,    sizeof(AppMallocDTCM));

osRtxMemoryInit(AppMallocAXISRAM, sizeof(AppMallocAXISRAM));

  申请动态内存

通过函数void *osRtxMemoryAlloc (void *mem, uint32_t size, uint32_t type)做动态内存申请。

第1个参数填写内存区首地址，比如申请的AppMallocDTCM，就填AppMallocDTCM即可。

第2个参数填写申请的字节大小，单位字节。

第3个参数固定填0即可。

返回值是所申请缓冲区的首地址，如果没有空间可用，将返回NULL，这点要特别注意！

举个例子：

uint32_t *DTCM_Addres0, *AXISRAM_Addres0;

/* 从DTCM申请280字节空间，使用指针变量DTCM_Addres0操作这些空间时不要超过280字节大小 */

DTCM_Addres0 = osRtxMemoryAlloc(AppMallocDTCM, 280, 0);

DTCMUsed = MemHeadPtr(AppMallocDTCM);

printf("DTCM总大小 = %d字节，申请大小 = 0280字节，当前共使用大小 = %d字节rn", 

                             DTCMUsed->size, DTCMUsed->used);

/* 从AXI SRAM 申请160字节空间，使用指针变量AXISRAM_Addres0操作这些空间时不要超过160字节大小 */

AXISRAM_Addres0 = osRtxMemoryAlloc(AppMallocAXISRAM, 160, 0);

AXISRAMUsed = MemHeadPtr(AppMallocAXISRAM);

printf("AXI SRAM总大小 = %d字节，申请大小 = 0162字节，当前共使用大小 = %d字节rn", 

                            AXISRAMUsed->size, AXISRAMUsed->used);

申请了空间后，就可以直接使用了。另外注意红色字体部分，通过DTCMUsed->used和AXISRAMUsed->used可以获取当前使用的空间大小。

  释放动态内存

通过函数uint32_t osRtxMemoryFree (void *mem, void *block)做动态内存释放。

第1个参数填写内存区首地址，比如释放的AppMallocDTCM，就填AppMallocDTCM即可。

第2个参数填写申请内存时所获取的内存区首地址，这里用于释放。

返回值，返回1表示成功，返回0表示失败。

举个例子：

/* 释放从DTCM申请的280字节空间 */

osRtxMemoryFree(AppMallocDTCM, DTCM_Addres0);

DTCMUsed = MemHeadPtr(AppMallocDTCM);

printf("释放DTCM动态内存区申请的0280字节，当前共使用大小 = %d字节rn", DTCMUsed->used);

/* 释放从AXI SRAM申请的160字节空间 */

osRtxMemoryFree(AppMallocAXISRAM, AXISRAM_Addres0);

AXISRAMUsed = MemHeadPtr(AppMallocAXISRAM);

printf("释放AXI SRAM动态内存区申请的0160字节，当前共使用大小 = %d字节rn", AXISRAMUsed->used);

27.3.2 IAR上的动态内存用法

注：IAR使用这个动态内存管理，仅在定义时跟MDK略有不同，其它地方是一样的。

  定义动态内存区

比如当前的主RAM用的DTCM，我们就可以直接定义一块大的数组作为动态内存空间：

/* DTCM, 64KB */

/* 用于获取当前使用的空间大小 */

mem_head_t *DTCMUsed; 

/* 定义为64位变量，首地址是8字节对齐 */             

uint64_t AppMallocDTCM[64*1024/8]; 

如果要使用AXI SRAM作为动态内存空间，可以使用__attribute__((at( )))指定地址。

/* D1域, AXI SRAM, 512KB */

/* 用于获取当前使用的空间大小 */

mem_head_t *AXISRAMUsed;  

/* 指定下面数组的地址为0x24000000 */ 

#pragma location = 0x24000000

uint64_t AppMallocAXISRAM[512*1024/8];

  初始化动态内存区

调用动态内存管理提供的函数osRtxMemoryInit即可做初始化：

osRtxMemoryInit(AppMallocDTCM,    sizeof(AppMallocDTCM));

osRtxMemoryInit(AppMallocAXISRAM, sizeof(AppMallocAXISRAM));

  申请动态内存

通过函数void *osRtxMemoryAlloc (void *mem, uint32_t size, uint32_t type)做动态内存申请。

第1个参数填写内存区首地址，比如申请的AppMallocDTCM，就填AppMallocDTCM即可。

第2个参数填写申请的字节大小，单位字节。

第3个参数固定填0即可。

返回值是所申请缓冲区的首地址，如果没有空间可用，将返回NULL，这点要特别注意！

举个例子：

uint32_t *DTCM_Addres0, *AXISRAM_Addres0;

/* 从DTCM申请280字节空间，使用指针变量DTCM_Addres0操作这些空间时不要超过280字节大小 */

DTCM_Addres0 = osRtxMemoryAlloc(AppMallocDTCM, 280, 0);

DTCMUsed = MemHeadPtr(AppMallocDTCM);

printf("DTCM总大小 = %d字节，申请大小 = 0280字节，当前共使用大小 = %d字节rn", 

                             DTCMUsed->size, DTCMUsed->used);

/* 从AXI SRAM 申请160字节空间，使用指针变量AXISRAM_Addres0操作这些空间时不要超过160字节大小 */

AXISRAM_Addres0 = osRtxMemoryAlloc(AppMallocAXISRAM, 160, 0);

AXISRAMUsed = MemHeadPtr(AppMallocAXISRAM);

printf("AXI SRAM总大小 = %d字节，申请大小 = 0162字节，当前共使用大小 = %d字节rn", 

                            AXISRAMUsed->size, AXISRAMUsed->used);

申请了空间后，就可以直接使用了。另外注意红色字体部分，通过DTCMUsed->used和AXISRAMUsed->used可以获取当前使用的空间大小。

  释放动态内存

通过函数uint32_t osRtxMemoryFree (void *mem, void *block)做动态内存释放。

第1个参数填写内存区首地址，比如释放的AppMallocDTCM，就填AppMallocDTCM即可。

第2个参数填写申请内存时所获取的内存区首地址，这里用于释放。

返回值，返回1表示成功，返回0表示失败。

举个例子：

/* 释放从DTCM申请的280字节空间 */

osRtxMemoryFree(AppMallocDTCM, DTCM_Addres0);

DTCMUsed = MemHeadPtr(AppMallocDTCM);

printf("释放DTCM动态内存区申请的0280字节，当前共使用大小 = %d字节rn", DTCMUsed->used);

/* 释放从AXI SRAM申请的160字节空间 */

osRtxMemoryFree(AppMallocAXISRAM, AXISRAM_Addres0);

AXISRAMUsed = MemHeadPtr(AppMallocAXISRAM);

printf("释放AXI SRAM动态内存区申请的0160字节，当前共使用大小 = %d字节rn", AXISRAMUsed->used)

27.4 实验例程说明（MDK）

配套例子：

V7-006_TCM，SRAM等五块内存的动态内存分配实现

实验目的：

学习TCM，SRAM等五块内存的动态内存分配实现。

实验内容：

启动自动重装软件定时器0，每100ms翻转一次LED2。

实验操作：

K1键按下，从DTCM依次申请280字节，64字节和6111字节。

K1键松开，释放从DTCM申请的空间。

K2键按下，从AXI SRAM依次申请160字节，32字节和2333字节。

K2键松开，释放从AXI SRAM申请的空间。

K3键按下，从D2域SRAM依次申请200字节，96字节和4111字节。

K3键松开，释放从D2域SRAM申请的空间。

摇杆OK键按下，从D3域SRAM依次申请300字节，128字节和5111字节。

摇杆OK键松开，释放从D3域SRAM申请的空间。

上电后串口打印的信息：

波特率 115200，数据位 8，奇偶校验位无，停止位 1

程序设计：

  系统栈大小分配：

RAM空间用的DTCM：

  硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现：

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: bsp_Init

* 功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次

* 形    参：无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

void bsp_Init(void)

{

    /* 配置MPU */

MPU_Config();

/* 使能L1 Cache */

CPU_CACHE_Enable();

/* 

       STM32H7xx HAL 库初始化，此时系统用的还是H7自带的64MHz，HSI时钟:

   - 调用函数HAL_InitTick，初始化滴答时钟中断1ms。

   - 设置NVIV优先级分组为4。

*/

HAL_Init();

/* 

       配置系统时钟到400MHz

       - 切换使用HSE。

       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock，并重新配置HAL_InitTick。

    */

SystemClock_Config();

/* 

   Event Recorder：

   - 可用于代码执行时间测量，MDK5.25及其以上版本才支持，IAR不支持。

   - 默认不开启，如果要使能此选项，务必看V7开发板用户手册第xx章

*/

#if Enable_EventRecorder == 1  

/* 初始化EventRecorder并开启 */

EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);

EventRecorderStart();

#endif

bsp_InitKey();    /* 按键初始化，要放在滴答定时器之前，因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */

bsp_InitTimer();  /* 初始化滴答定时器 */

bsp_InitUart(); /* 初始化串口 */

bsp_InitExtIO(); /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */

bsp_InitLed();    /* 初始化LED */

}

  MPU配置和Cache配置：

数据Cache和指令Cache都开启。

AXI SRAM的MPU属性：

Write back, Read allocate，Write allocate。

FMC的扩展IO的MPU属性：

必须Device或者Strongly Ordered。

D2 SRAM1，SRAM2和SRAM3的MPU属性：

Write through, read allocate，no write allocate。

D3 SRAM4的MPU属性：

Write through, read allocate，no write allocate。

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: MPU_Config

* 功能说明: 配置MPU

* 形    参: 无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void MPU_Config( void )

{

MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

/* 禁止 MPU */

HAL_MPU_Disable();

/* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate，Write allocate */

MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;

MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;

MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;

MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;

MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;

MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;

MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;

MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;

MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;

MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;

MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

/* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */

MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;

MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;

MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;

MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;

MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;

MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;

MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;

MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;

MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;

MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;

MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

/* 配置SRAM1的属性为Write through, read allocate，no write allocate */

    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;

    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x30000000;

    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_128KB;

    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;

    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_NOT_BUFFERABLE;