STM32F7xx —— 記憶體管理

目的：高效、快速的配置設定，并在适當的時候回收記憶體資源。最終就是實作malloc和free函數。（實作方法參考原子哥）

#define CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE     0

typedef enum
{
  SRAM_TYPE_IN,   // 内部記憶體池
#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
  SRAM_YPE_OUT,   // 外部記憶體池(SDRAM)
#endif
  SRAM_TYPE_DTCM, // DTCM記憶體池(此部分SRAM僅僅CPU可以通路!!!)
  SRAM_TYPE_MAX,  // 最多支援的SRAM塊數.
} sram_type_t;

// 内部SRAM
#define SRAM_IN_BLOCK_SIZE        64            // 記憶體塊大小為64位元組
#define SRAM_IN_MAX_SIZE          (160 * 1024)  // 最大管理記憶體160K
#define SRAM_IN_ALLOC_TABLE_SIZE  (SRAM_IN_MAX_SIZE / SRAM_IN_BLOCK_SIZE)

#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
// 外部SDRAM裡面
#define SRAM_OUT_BLOCK_SIZE       64            // 記憶體塊大小為64位元組
#define SRAM_OUT_MAX_SIZE         (100 *1024)   // 最大管理記憶體100K
#define SRAM_OUT_ALLOC_TABLE_SIZE (SRAM_OUT_MAX_SIZE / SRAM_OUT_BLOCK_SIZE)
#endif

// CCM,用于管理DTCM(特别注意,這部分SRAM,僅CPU可以通路!!)
#define SRAM_DTCM_BLOCK_SIZE      64                  //記憶體塊大小為64位元組
#define SRAM_DTCM_MAX_SIZE        (100 *1024)             //最大管理記憶體60K
#define SRAM_DTCM_ALLOC_TABLE_SIZE  (SRAM_DTCM_MAX_SIZE/SRAM_DTCM_BLOCK_SIZE)
           

//記憶體池(32位元組對齊)
__align(32) uint8_t sram_in_base[SRAM_IN_MAX_SIZE];                                      // 内部SRAM記憶體池
uint32_t sram_in_map_base[SRAM_IN_ALLOC_TABLE_SIZE];

#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
__align(32) uint8_t sram_out_base[SRAM_OUT_MAX_SIZE] __attribute__((at(0xC01F4000)));   // 外部SDRAM記憶體池
uint32_t sram_out_map_base[SRAM_OUT_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0xC01F4000 + SRAM_OUT_MAX_SIZE))); // 外部SRAM記憶體池MAP
#endif

__align(32) uint8_t sram_dtcm_base[SRAM_DTCM_MAX_SIZE] __attribute__((at(0x20000000))); // 内部DTCM記憶體池
uint32_t sram_dtcm_map_base[SRAM_DTCM_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0x20000000 + SRAM_DTCM_MAX_SIZE))); //内部DTCM記憶體池MAP

static const uint32_t memtblsize[SRAM_TYPE_MAX] = {SRAM_IN_ALLOC_TABLE_SIZE,
#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
                                            SRAM_OUT_ALLOC_TABLE_SIZE,
#endif
                                            SRAM_DTCM_ALLOC_TABLE_SIZE
                                           }; //記憶體表大小

static const uint32_t memblksize[SRAM_TYPE_MAX] = {SRAM_IN_BLOCK_SIZE,
#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
                                            SRAM_OUT_BLOCK_SIZE,
#endif
                                            SRAM_DTCM_BLOCK_SIZE
                                           };     //記憶體分塊大小

static const uint32_t memsize[SRAM_TYPE_MAX] = {SRAM_IN_MAX_SIZE,
#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
                                         SRAM_OUT_MAX_SIZE,
#endif
                                         SRAM_DTCM_MAX_SIZE
                                        };          //記憶體總大小

void mymem_init(uint8_t type);
uint16_t mymem_perused(uint8_t type);

typedef struct
{
	void (* init)(uint8_t );
	uint16_t (* perused)(uint8_t);		 // 記憶體使用率
	uint8_t 	*membase[SRAM_TYPE_MAX]; // 記憶體池 管理SRAMBANK個區域的記憶體
	uint32_t *memmap[SRAM_TYPE_MAX]; 	 // 記憶體管理狀态表
	uint8_t  memrdy[SRAM_TYPE_MAX];    // 記憶體管理是否就緒
} sram_dev_t;

//記憶體管理控制器
static sram_dev_t sram_dev =
{
  mymem_init,        // 記憶體初始化
  mymem_perused,     // 記憶體使用率
  sram_in_base,

#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
  sram_out_base,
#endif
  sram_dtcm_base,  // 記憶體池
  sram_in_map_base,
#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
  sram_out_map_base,
#endif
  sram_dtcm_map_base,
  0,
#if(CONFIG_SRAM_OUT_ENABLE == 1)
  0,
#endif
  0,
};

// 記憶體管理初始化
static void mymem_init(uint8_t memx)
{
  memset(sram_dev.memmap[memx], 0, memtblsize[memx] * 4); // 記憶體狀态表資料清零
  sram_dev.memrdy[memx] = 1;                              // 記憶體管理初始化OK
}

// 擷取記憶體使用率
// type:所屬記憶體塊
// 傳回值:使用率(擴大了10倍,0~1000,代表0.0%~100.0%)
static uint16_t mymem_perused(uint8_t type)
{
  uint32_t used = 0;
  uint32_t i;
  for(i = 0; i < memtblsize[type]; ++i)
  {
    if(sram_dev.memmap[type][i])
    {
      used++;
    }
  }
	
  return (used * 1000) / (memtblsize[type]);
}

// 記憶體配置設定(内部調用)
// type:所屬記憶體塊
// size:要配置設定的記憶體大小(位元組)
// 傳回值:0XFFFFFFFF,代表錯誤;其他,記憶體偏移位址
static uint32_t mymem_malloc(uint8_t type, uint32_t size)
{
  signed long offset = 0;
  uint32_t nmemb;     // 需要的記憶體塊數
  uint32_t cmemb = 0; // 連續空記憶體塊數
  uint32_t i;

  if(!sram_dev.memrdy[type])
  {
    sram_dev.init(type);  // 未初始化,先執行初始化
  }
  if(size == 0)
  {
    return 0xFFFFFFFF;  // 不需要配置設定
  }
  nmemb = size / memblksize[type]; // 擷取需要配置設定的連續記憶體塊數
  if(size % memblksize[type])
  {
    nmemb++;
  }
  for(offset = memtblsize[type] - 1; offset >= 0; offset--) // 搜尋整個記憶體控制區
  {
    if(!sram_dev.memmap[type][offset])
    {
      cmemb++;    // 連續空記憶體塊數增加
    }
    else
    {
      cmemb = 0;  // 連續記憶體塊清零
    }
    if(cmemb == nmemb)                // 找到了連續nmemb個空記憶體塊
    {
      for(i = 0; i < nmemb; i++)      // 标注記憶體塊非空
      {
        sram_dev.memmap[type][offset + i] = nmemb;
      }
      return (offset * memblksize[type]); // 傳回偏移位址
    }
  }
  return 0xFFFFFFFF; // 未找到符合配置設定條件的記憶體塊
}

// 釋放記憶體(内部調用)
// type:所屬記憶體塊
// offset:記憶體位址偏移
// 傳回值:0,釋放成功;1,釋放失敗;
static uint8_t mymem_free(uint8_t type, uint32_t offset)
{
  int i;
  if(!sram_dev.memrdy[type])// 未初始化,先執行初始化
  {
    sram_dev.init(type);
    return 1;// 未初始化
  }
  if(offset < memsize[type]) // 偏移在記憶體池内.
  {
    int index = offset / memblksize[type];    // 偏移所在記憶體塊号碼
    int nmemb = sram_dev.memmap[type][index]; // 記憶體塊數量
    for(i = 0; i < nmemb; i++)                // 記憶體塊清零
    {
      sram_dev.memmap[type][index + i] = 0;
    }
    return 0;
  }
  else
  {
    return 2;  // 偏移超區了.
  }
}

void MemInit(uint8_t type)
{
  memset(sram_dev.memmap[type], 0, memtblsize[type] * 4); // 記憶體狀态表資料清零
  sram_dev.memrdy[type] = 1;              // 記憶體管理初始化OK
}

// 釋放記憶體(外部調用)
// type:所屬記憶體塊
// ptr:記憶體首位址
void MemFree(uint8_t type, void *ptr)
{
  uint32_t offset;
  if(ptr == NULL)
  {
    return;  // 位址為0.
  }
  offset = (uint32_t)ptr - (uint32_t)sram_dev.membase[type];
  mymem_free(type, offset); // 釋放記憶體
}

// 配置設定記憶體
void *MemAlloc(uint8_t type, uint32_t size)
{
  uint32_t offset;
  offset = mymem_malloc(type, size);
  if(offset == 0XFFFFFFFF)
  {
    return NULL;
  }
  else
  {
    return (void*)((uint32_t)sram_dev.membase[type] + offset);
  }
}

// 重新配置設定記憶體
void *MemRealloc(uint8_t type, void *ptr, uint32_t size)
{
  uint32_t offset;
  offset = mymem_malloc(type, size);
  if(offset == 0xFFFFFFFF)
  {
    return NULL;
  }
  else
  {
    memcpy((void*)((uint32_t)sram_dev.membase[type] + offset), ptr, size); // 拷貝舊記憶體内容到新記憶體
    MemFree(type, ptr);                                                     // 釋放舊記憶體
    return (void*)((uint32_t)sram_dev.membase[type] + offset);              // 傳回新記憶體首位址
  }
}