走到今天，已经开始涉及到计算机核心一点的东西了---内存管理。通过本实验的学习，能够较为深刻体会到“指针是c语言的灵魂”这句话的分量。自然对c语言的能力要求就高很多了。
最近有点乱，但是有关嵌入式系统的学习不曾怠慢过。本文是基于原子老师的c源码，自己的学习的心得，只是对源码作出自己的学习理解，同时也插补了一些涉及到的c语言知识。贴出本文不为别的，一来但愿能有有缘人看到本文，提出指正；二来，为了那些不眠的夜，安慰一下自己。
1， 内存管理简介
内存管理，是指软件运行时对计算机内存资源的分配和使用的技术。其最主要的目的是如何高效，快速的分配，并且在适当的时候释放和回收内存资源。内存管理的实现方法有很多种，他们其实最终都是要实现2个函数：malloc和free；malloc函数用于内存申请，free函数用于内存释放。
先回顾一下c语言知识：计算机内存一般分为静态存储区用以存储全局变量或常量和动态存储区用以存储函数内部变量或形参或函数运算结果。malloc（）函数的作用是请求系统在内存的动态存储区分配若干个字节的存储空间，函数的返回值是首字节地址，可见malloc（）函数是指针类型。free（P）的作用是释放指针变量P所指向的动态空间。
本章，我们介绍一种比较简单的办法来实现：分块式内存管理。下面我们介绍一下该方法的实现原理，如图所示(示意图)：
内存块1 内存块2 内存块3 ……内存块n 内存池
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第1项 第2项 第3项 ……第n项 内存管理表
<<-----分配方向
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malloc,free等函数
图解：从上图可以看出，分块式内存管理由内存池和内存管理表两部分组成。内存池被等分为n块，对应的内存管理表，大小也为n，内存管理表的每一个项对应内存池的一块内存。
内存管理表的项值代表的意义为：当该项值为0的时候，代表对应的内存块未被占用，当该项值非零的时候，代表该项对应的内存块已经被占用，其数值则代表被连续占用的内存块数。比如某项值为10，那么说明包括本项对应的内存块在内，总共分配了10个内存块给外部的某个指针。
内寸分配方向如图所示，是从顶à底的分配方向。即首先从最末端开始找空内存。当内存管理刚初始化的时候，内存表全部清零，表示没有任何内存块被占用。
分配原理：
当指针p调用malloc申请内存的时候，先判断p要分配的内存块数（m），然后从第n项开始，向下查找，直到找到m块连续的空内存块（即对应内存管理表项为0），然后将这m个内存管理表项的值都设置为m（标记被用），最后，把最后的这个空内存块的地址返回指针p，完成一次分配。注意，如果当内存不够的时候（找到最后也没找到连续的m块空闲内存），则返回NULL（空指针）给p，表示分配失败。
释放原理：
当p申请的内存用完，需要释放的时候，调用free函数实现。free函数先判断p指向的内存地址所对应的内存块，然后找到对应的内存管理表项目，得到p所占用的内存块数目m（内存管理表项目的值就是所分配内存块的数目），将这m个内存管理表项目的值都清零，标记释放，完成一次内存释放。
关于分块式内存管理的原理，我们就介绍到这里。
2， 硬件设计：
本章实验功能简介：开机后，显示提示信息，等待外部输入。KEY0用于申请内存，每次申请2K字节内存。KEY1用于写数据到申请到的内存里面。KEY2用于释放内存。WK_UP用于切换操作内存区（内部内存/外部内存）。DS0用于指示程序运行状态。本章我们还可以通过USMART调试，测试内存管理函数。
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯DS0
2） 四个按键
3） 串口 //USMART
4） TFTLCD模块
5） IS62WV51216
3， 软件设计：
本章，我们将内存管理部分单独做一个分组，在工程目录下新建一个MALLOC的文件夹，然后新建malloc.c和malloc.h两个文件，将他们保存在MALLOC文件夹下。
在MDK新建一个MALLOC的组，然后将malloc.c文件加入到该组，并将MALLOC文件夹添加到头文件包含路径。
打开malloc.c文件，输入如下代码：由于本实验涉及到的c语言知识，尤其是指针知识较多，所以就边用边学
#include "malloc.h"
//内存池(4字节对齐)
__align(4) u8 mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; //内部SRAM内存池
__align(4) u8 mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((at(0X68000000)));//外部SRAM内存池
//#define MEM2_MAX_SIZE 200*1024 //最大管理内存200K，意思是mem2base[MEM2_MAX_SIZE]数组有200K个u8类型元素，第一个元素的地址存储在 //外部存储器SRAM的0X68000000地址，
//内存管理表
u16 mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE]; //内部SRAM内存池MAP
u16 mem2mapbase[MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((at(0X68000000+MEM2_MAX_SIZE)));
//内存管理参数
const u32 memtblsize[2]={MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE};//内存管理表大小
const u32 memblksize[2]={MEM1_BLOCK_SIZE,MEM2_BLOCK_SIZE}; //内存分块大小
const u32 memsize[2]={MEM1_MAX_SIZE,MEM2_MAX_SIZE}; //内存总大小
//内存管理控制器，结构体变量赋值，即初始化
struct _m_mallco_dev mallco_dev=
{
mem_init, //内存初始化，将函数名“mem_init”赋给结构体成员“void (*init)(u8);”即指向函数的指针变量，
mem_perused, //内存使用率
mem1base,mem2base, //内存池
mem1mapbase,mem2mapbase, //内存管理状态表，mem1mapbase（1250项）,mem2mapbase（6250项）
0,0, //内存管理未就绪
};
//复制内存，作用是将源地址的内容复制到目标地址
/
void mem_init(u8 memx) //如“mem_init(SRAMIN);”表示内部内存块
{ //memmap，是16位的，mymemset，设置是针对8位的，那么1个16位的数据是不是2个8位组成的啊？！
mymemset(mallco_dev.memmap[memx], 0,memtblsize[memx]*2);//内存状态表数据清零
//把u8类型的数据“0”填充到u16类型指针元素memmap[0]中（根据结构体定义“u16 *memmap[2]; ”），memmap[0]=mem1mapbase==1250，
//也就是说“mallco_dev.memmap[memx]”在这里表示1250个内部内存块用以存储u16类型指针，
//“memtblsize[memx]”是什么呢？memtblsize[memx]即memtblsize[0]==1250个内部内存管理表,
//而mallco_dev.memmap[memx]是16位的，为了将其全部清零，所以乘以2.
mymemset(mallco_dev.membase[memx], 0,memsize[memx]); //内存池所有数据清零
//memsize[0]==40K字节空间， mallco_dev.membase[memx]==40K字节空间，
mallco_dev.memrdy[memx]=1; //内存管理初始化OK
}
//获取内存使用率
//memx:所属内存块，要么SRAMEX==1（外部内存）；要么SRAMIN（内部内存）==0
//返回值:使用率(0~100)
u8 mem_perused(u8 memx)
{
u32 used=0;
u32 i;
for(i=0;i<memtblsize[memx];i++)
{
if(mallco_dev.memmap[memx][i])used++;
} //mallco_dev.memmap[memx][i]是二维数组。当内存块初始化后该值为0，
return (used*100)/(memtblsize[memx]); //used*100，乘以100是将小数变成整数
}
//内存分配(内部调用)
//memx:所属内存块
//size:要分配的内存大小(字节数)
//返回值:0XFFFFFFFF,代表错误;其他,内存偏移地址
//向memx存储器申请size个字节的连续存储空间，并将size个字节中首个字节的地址偏移值标注出来，注意是地址偏移值而不是地址。
u32 mem_malloc(u8 memx,u32 size)
{
signed long offset=0;
u16 nmemb; //需要的内存块数
u16 cmemb=0;//连续空内存块数
u32 i;
if(!mallco_dev.memrdy[memx])mallco_dev.init(memx);//未初始化,先执行初始化
if(size==0)return 0XFFFFFFFF;//不需要分配 memblksize[memx]==32
nmemb=size/memblksize[memx]; //获取需要分配的连续内存块数
if(size%memblksize[memx])nmemb++;
for(offset=memtblsize[memx]-1;offset>=0;offset--)//搜索整个内存控制区
{
if(!mallco_dev.memmap[memx][offset])cmemb++;//连续空内存块数增加，offset从1249->0变化
else cmemb=0; //连续内存块清零
if(cmemb==nmemb) //找到了连续nmemb个空内存块
{
for(i=0;i<nmemb;i++) //标注内存块非空，以免下一个for循环时再次将该空间计入
{
mallco_dev.memmap[memx][offset+i]=nmemb;
}
return (offset*memblksize[memx]);//返回偏移地址
}
}
return 0XFFFFFFFF;//未找到符合分配条件的内存块
}
//释放内存(内部调用)
//memx:所属内存块
//offset:内存地址偏移
//返回值:0,释放成功;1,释放失败;
u8 mem_free(u8 memx,u32 offset)
{
int i;
if(!mallco_dev.memrdy[memx])//未初始化,先执行初始化
{
mallco_dev.init(memx); //本句等价于“mem_init(memx);”
return 1;//未初始化
}
if(offset<memsize[memx])//以免偏移在内存池内. memsize[memx]==40K字节
{
int index=offset/memblksize[memx]; //偏移所在内存块号码 memblksize[memx]==32，
int nmemb=mallco_dev.memmap[memx][index]; //内存块数量
for(i=0;i<nmemb;i++) //内存块清零
{
mallco_dev.memmap[memx][index+i]=0;
}
return 0;
}else return 2;//偏移超区了.
}
//释放内存(外部调用)
//memx:所属内存块
//ptr:内存首地址
void myfree(u8 memx,void *ptr)
{
u32 offset;
if(ptr==NULL)return;//地址为0.
offset=(u32)ptr-(u32)mallco_dev.membase[memx];
mem_free(memx,offset);//释放内存
}
//分配内存(外部调用)
//memx:所属内存块
//size:内存大小(字节)
//返回值:分配到的内存首地址.
//在memx存储器中，找出size个字节的连续空闲的内存空间，并将连续空闲的内存空间指针值标注出来；返回值就是这个指针值
void *mymalloc(u8 memx,u32 size) //p=mymalloc(sramx,2048)
{
u32 offset;
offset=mem_malloc(memx,size);
if(offset==0XFFFFFFFF)return NULL;
else return (void*)((u32)mallco_dev.membase[memx]+offset);
}
//重新分配内存(外部调用)
//memx:所属内存块
/, const char * __restrict , ...) __attribute__((__nonnull__(1,2)));？
在内存管理实验中例如，sprintf((char*)p,"Memory Malloc Test%03d",i)函数的使用问题：
1），第一个形参(char*)p的意思是（第一个形参必须是指针类型），第二个形参即字符串“Memory Malloc Test%03d”存储在内存中的具体指针值，因为字符串是u8类型即char*类型，所以“(char*)p”与之呼应；因为第二个形参“Memory Malloc Test%03d”中有输出控制符“%03d”，所以第一个形参(char*)p的值是变化的（因为参数“i”的值在变）；这里输出控制符“%03d”的意思可以参考printf（）函数；
也就是说，sprintf函数的第一个形参必须是指针类型，它是第二个形参（输出内容）在存储器中存储的首地址，是一个指针变量，第三个形参就是要输出的参数；所以说sprintf函数包含的内容很多，作用很大。
2），sprintf函数的作用是在显示屏中显示相关参数，即向p写入一些内容即Memory Malloc Test%03d”；
结合LCD_ShowString(60,270,200,16,16,p)的显示结果更好理解，即显示P的存储内容即在相应的坐标处“Memory Malloc Test%03d”；”
3），例子：
u8 s[8];
char* who = "I"; //将字符“I”赋给char* 类型变量who；
char* whom = "STM32"; //将字符串“STM32”赋给char* 类型变量whom；
sprintf(s, "%s love %s.", who, whom); //产生："I love STM32. " 这字符串写到s中
LCD_ShowString(60,250,200,16,16,s);
//sprintf(s, "%10.3f", 3.1415626); //产生：" 3.142"，浮点型显示
4），sprintf函数一般情况下是用在需要字符显示的场合，比如你要显示一个数字，通常的做法是取出某一位然后加上0x30这个数，这样一位一位来比较麻烦，用sprintf这个函数呢，一次性就给你搞定了
比如你想打印3.1415926这个数值到液晶上显示，通常的做法代码就很多而且乱，有了这个函数呢，直接这样
float PI=3.1415926;
u16 strbuffer[10];
sprintf(strbuffer,"PI=:%09d",PI);
然后直接将strbuffer这个数组送去显示即可，或者打印到串口，这样就可以直接字符显示了
注意：sprintf函数必须结合LCD显示函数使用才能有效！并且形参必须定义好合适的数据类型；sprintf（）函数的最大作用就是非常方便的在LCD显示屏上显示自己想要的数据类型！参考关于sprintf函数的实验。
3，疑问？
a，在51单片机中，如何将sprintf函数包含进51的启动代码中？如果不将sprintf函数包含进51的头文件，显示屏肯定不能用sprintf函数显示数据。
b，在stdio.h中，找到的是int sprintf(char * __restrict , const char * __restrict , ...) __attribute__((__nonnull__(1,2)));怎么看不到函数内容？
sprintf是C语言标准库提供的函数, 包含在stdio.h中, 只要在文件头#include <stdio.h>即可.
原型为int sprintf ( char * str, const char * format, ... );
/插补：printf和sprintf函数的用法
![窗口看门狗WWDG[图]](data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAP///wAAACwAAAAAAQABAAACAkQBADs=)