內(nèi)存管理是一個操作系統(tǒng)的重要組成部分之一，所有應(yīng)用程序都離不開操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理。因此，在剖析FreeRTOS的內(nèi)核代碼之前，前對FreeRTOS的內(nèi)存管理進行研究。

現(xiàn)在以FreeRTOS8.0.1進行剖析研究。參考資料為《Using the FreeRTOS Real Time Kernel-A Practical Guide opened》。

Heap_1.c的注釋說明，Heap_1.c只是簡單地實現(xiàn)了pvPortMalloc()這一個函數(shù)，這個堆的實現(xiàn)方案并不允許已分配的內(nèi)存再次被釋放。（The simplest possible implementation of pvPortMalloc(). Note that this implementation does NOT allow allocated memory to be freed again.）
/* Allocate the memory for the heap. */
static uint8_t ucHeap[ configTOTAL_HEAP_SIZE ];
static size_t xNextFreeByte = ( size_t ) 0;

首先看到的是兩個全局變量。第一個是ucHeap，第二個是xNextFreeByte。根據(jù)名字的意思可以看出，ucHeap就是FreeRTOS可以用的整個堆的空間數(shù)組，其大小是在FreeRTOSConfig.h中定義的常量configTOTAL_HEAP_SIZE，默認(rèn)是17*1024，即17KB；而xNextFreeByte，則是指向下一個還沒被用上的內(nèi)存堆所在的數(shù)組下標(biāo)，由于一開始整個堆都沒被用上，所以它的默認(rèn)值為0。

接下來要分析的是void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize )這一個函數(shù)。這個函數(shù)是Heap_1.c的重點。它的工作流程如下：
第一步：對齊處理；第二步：分配內(nèi)存；第三步：勾子函數(shù)調(diào)用。
第一步的代碼如下：
/* Ensure that blocks are always aligned to the required number of bytes. */
#if portBYTE_ALIGNMENT != 1
if( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK )
{
/* Byte alignment required. */
xWantedSize += ( portBYTE_ALIGNMENT - ( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) );
}
#endif

在說這一部分的時候，要先看看portmacro.h中的一個常量portBYTE_ALIGNMENT，這個常量指示字節(jié)對齊數(shù)，其默認(rèn)值為8，即默認(rèn)以8個字節(jié)進行內(nèi)存對齊。第二個要看的是portable.h中的一個常量portBYTE_ALIGNMENT_MASK，這個常量是根據(jù)portBYTE_ALIGNMENT的值進行定義的，其對應(yīng)關(guān)系如下：

portBYTE_ALIGNMENT

備注：在移植的時候，可以根據(jù)硬件平臺的對齊方式修改portBYTE_ALIGNMENT，這樣可以避免內(nèi)存空間的浪費。

第一步的工作主要是將用戶所需要的內(nèi)存空間大小進行對齊。如果是以1個字節(jié)對齊，則這一步可以跳過（條件編譯）。條件編譯內(nèi)部，if( xWantedSize & portBYTE_ALIGNMENT_MASK )主要是用來判斷用戶所需要的內(nèi)存大小是否已對齊，例如，在默認(rèn)情況下（以8個字節(jié)對齊），如果用戶申請的內(nèi)存大小為13個字節(jié)，經(jīng)過和字節(jié)對齊掩碼進行與操作后的結(jié)果為0x0005，即沒有對齊；如果用戶申請的內(nèi)存大小為16個字節(jié)，經(jīng)過和字節(jié)對齊掩碼進行與操作后的結(jié)果為0x0000，即已經(jīng)對齊。

字節(jié)對齊的方法在if語塊里?？梢园l(fā)現(xiàn)用戶申請內(nèi)存大小和字節(jié)對齊掩碼進行與操作后，其結(jié)果和需要補齊的字節(jié)數(shù)相加，剛好等于字節(jié)對齊掩碼的值，因此只要用掩碼值減去與操作的結(jié)果，就可以得到需要補齊的字節(jié)數(shù)，這樣只要把補齊的字節(jié)數(shù)加到用戶申請的內(nèi)存大小就可以使其字節(jié)對齊。

第二步就是真正在堆中分配內(nèi)存了。在分配內(nèi)存一開始的時候，系統(tǒng)首先調(diào)用vTaskSuspendAll()將所有的任務(wù)都掛起，以防止上下文切換。這個函數(shù)在這里只是為了確保內(nèi)存分配過程不被其它中斷打斷，具體的實現(xiàn)流程以后再慢慢分析，這里就不詳細(xì)展開了。緊接著，系統(tǒng)要對這個堆進行對齊工作。這里的對齊和上面說的對齊不是一回事。這里說的對齊是因為FreeRTOS管理的堆是一個全局?jǐn)?shù)組，并不能保證數(shù)組首地址按portBYTE_ALIGNMENT對齊。因此FreeRTOS對堆首地址做了這個對齊處理。要留意的是，這個對齊處理只做了一次。原因是對齊后的堆首地址是一個靜態(tài)變量，初始值賦為NULL。而當(dāng)這個變量為NULL時才進行對齊處理，對齊處理后這個變量就指向堆首地址，這樣在下一次調(diào)用pvPortMalloc()時就不會再進行對齊處理了。對齊處理的代碼如下。
if( pucAlignedHeap == NULL )
{
/* Ensure the heap starts on a correctly aligned boundary. */
pucAlignedHeap = ( uint8_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) &ucHeap[ portBYTE_ALIGNMENT ] ) & ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) ~portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) );
}