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RT-Thread memheap 开启多块 SRAM的方法

张世争 2024-07-01 11:59:45

简介RT-Thread memheap 开启多块 SRAM的方法

验证环境

NUCLEO-L476RG 开发板，板载 STM32L476RGT6（96K SARM1 + 32K SRAM2）
Win10 64 位
Keil MDK 5.36
RT-Thread 5.0.1 版本（2023-05-28 master 主线）

功能描述

最近在研究 RT-Thread 内存的管理，熟悉了一下 memheap 的功能实现，并且了解到， memheap 支持多块内存（物理地址不连续）的管理，当开启 memheap 后，rt_malloc 会遍历所有注册的 heap 内存块，并且进行内存的申请与释放。
当前 STM32L476RGT6 支持两块 SRAM，其中 SRAM1 96KB，还有一块 SRAM2 32KB，SRAM2 默认没有使用，如何开启 SRAM2 呢？

开启 memheap

STM32L476RGT6 SRAM 总共：128KB，其中 SRAM1 默认开启， SRAM2 默认没有开启
首先 RT-Thread 开启 memheap
通过 RT-Thread ENV 工具： menuconfig，配置使能 memheap
当前测试的 BSP 为：stm32l476-st-nucleo

在这里插入图片描述

这里注意，如果让 rt_malloc 自动在多个 Heap 内存池中申请，需要开启 RT_USING_MEMHEAP_AUTO_BINDING，也就是勾选 [*] Use all of memheap objects as heap
配置使能 memheap 后，编译下载，通过 msh 命令 free 查看

msh >free
memheap   pool size  max used size available size
-------- ---------- ------------- --------------
heap     98304      7232          91072

发现 SRAM1 96KB 正常的初始化了

开启 SRAM2

SRAM2 需要手动初始化，首先可以在 board.h 中增加 SRAM2 的内存信息：起始地址、大小

#define HEAP_SRAM2_BEGIN                (0x10000000)
#define HEAP_SRAM2_SIZE                 (32 * 1024)

需要修改 board.c ，增加 SRAM2 的 memheap 的初始化操作

int system_sram2_init(void)
{
    static struct rt_memheap memheap_sram2;
    /* Heap initialization */
#if defined(RT_USING_HEAP)
    rt_memheap_init(&memheap_sram2, "sram2", (void *)HEAP_SRAM2_BEGIN, (rt_size_t)HEAP_SRAM2_SIZE);
#endif
    return 0;
}
INIT_BOARD_EXPORT(system_sram2_init);

这里使用 RT-Thread 自动初始化机制，初始化为 board 级别。

功能验证

RT-Thread ENV scons --target=mdk5，可以刷新 Keil MDK5 的工程
使用 Keil MDK5 打开工程，编译，下载到开发板，连接开发板串口，可以查看 SRAM2 正常初始化成功

memheap   pool size  max used size available size
-------- ---------- ------------- --------------
sram2    32768      48            32720
heap     98304      7232          91072

也就是 sram2 存在 memheap 的列表中了

内存申请

rt_malloc 底层由 memheap 实现后，并且使能 RT_USING_MEMHEAP_AUTO_BINDING，使用 rt_malloc 会自动在所有 heap 中操作
测试用例：内存申请与释放

#define MEMHEAP_BLOCK_NUM       64
static void *buf[MEMHEAP_BLOCK_NUM] = { 0 };

void memheap_alloc_test(void)
{
    for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)
    {
        buf[i] = rt_malloc(3 * 1024 - 24);
        if (!buf[i])
        {
            rt_kprintf("malloc failed, index = %d
", i);
            return;
        }
    }
}

MSH_CMD_EXPORT(memheap_alloc_test, memheap_alloc_test);

void memheap_free_test(void)
{
    for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)
    {
        if (buf[i])
        {
            rt_memheap_free(buf[i]);
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT(memheap_free_test, memheap_free_test);

测试结果

在这里插入图片描述

发现 rt_malloc 自动在新增加的 sram2 中申请了内存
free 申请的内存，发现内存可用大小恢复了

专用 heap 内存

如果不使能 RT_USING_MEMHEAP_AUTO_BINDING，新注册的 memheap sram2，不会被系统 rt_malloc 使用到，需要用户自己定义内存申请与释放的函数进行专用内存的管理
大概的管理思路如下：

int system_sram2_init(void)
{
    return rt_memheap_init(&memheap_sram2, "sram2", (void *)HEAP_SRAM2_BEGIN, (rt_size_t)HEAP_SRAM2_SIZE);
}
INIT_BOARD_EXPORT(system_sram2_init);

void *user_alloc(rt_size_t size)
{
    return rt_memheap_alloc(&memheap_sram2, size);
}

void user_free(void *ptr)
{
    rt_memheap_free(ptr);
}

void user_alloc_test(void)
{
    for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)
    {
        user_ptr[i] = user_alloc(1024);
        if (!user_ptr[i])
        {
            rt_kprintf("malloc failed, index = %d
", i);
            return;
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT(user_alloc_test, user_alloc_test);

void user_free_test(void)
{
    for (int i = 0; i < MEMHEAP_BLOCK_NUM; i++)
    {
        if (user_ptr[i])
        {
            user_free(user_ptr[i]);
        }
    }
}
MSH_CMD_EXPORT(user_free_test, user_free_test);

这样 user_alloc 与 user_free 只会操作指定的 memheap

在这里插入图片描述

【备注】如果同时开启了 RT_USING_MEMHEAP_AUTO_BINDING，并且又自定义了某个 memheap的内存申请与释放操作，rt_malloc 常规内存申请，依旧有可能申请这个特定的 memheap 的内存

小结

经过测试发现，一直申请某个大小的 memheap 内存并且不释放，会出现 hardfault 死机问题，后面抽时间研究一下死机的原因。
以下：每次申请 512 字节内存，62次左右的时候，死机了。
可以通过 RT-Thread memheap，把几块物理上地址不连续的内存管理起来，统一使用 rt_malloc 、rt_free 等内存操作接口进行操作，也可以独立管理各个 memheap 内存块，不过需要用户自己实现相应的内存申请与释放接口