史桂紅

（健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 太倉 215411）

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)。對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。它主要由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶應(yīng)用軟件的部分組成。用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視和管理等功能，它通常嵌入在主要設(shè)備中運行。

2 嵌入式系統(tǒng)對內(nèi)存分配的要求

嵌入式系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用的過程中，由于自身的科技含量比較高，都受到了相應(yīng)的限制條件。由于其本身是一種在資源上會受到限制的系統(tǒng)，所以這種系統(tǒng)的應(yīng)用相對于其他的系統(tǒng)來說，對于在內(nèi)存上的使用標(biāo)準(zhǔn)要相對嚴格一些。在資源和成本上的受限，使得對于這種系統(tǒng)的開發(fā)在研究的時候，程序開發(fā)人員就要付出一定的精力，考慮到系統(tǒng)在使用的時候?qū)τ趦?nèi)存的分配和使用上要做出合理的安排。由此可知，對于這種系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，在對內(nèi)存的管理上一直都是一個難題，它和別的比較常用的系統(tǒng)還有著不同。那么從大體上來看，嵌入式系統(tǒng)在研發(fā)時主要需要考慮到以下三方面的要求：

第一，實時性。要保證嵌入式系統(tǒng)的實時性，則要求盡可能快速的分配內(nèi)存。

第二，可靠性。它是嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理機制的基本要求。

第三，高效性。嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)存是一種有限并且昂貴的資源。故內(nèi)存分配要盡可能的減少浪費。

3 內(nèi)存分配方式

嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)存管理方案大致可以分為兩大類:靜態(tài)分配和動態(tài)分配。

靜態(tài)分配的可用內(nèi)存大小在編譯或鏈接時確定，系統(tǒng)初始化階段預(yù)先分配好固定數(shù)量的內(nèi)存，用于存放所有需要使用的對象和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。程序運行時能且只能使用這些內(nèi)存空間。采用這種分配方案的程序段，其大小一般在編譯時就能確定。

動態(tài)分配的內(nèi)存在程序運行時根據(jù)需要向系統(tǒng)申請后獲得，只有在需要的時候，才分配或釋放。

4 內(nèi)存管理策略

4.1 簡單內(nèi)存管理模型

在設(shè)計之初，最簡單直接的一種技術(shù)其實就是"不管理"，即所有靜態(tài)分配在棧中、動態(tài)分配在堆中的變量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這二者的分配、釋放，全交給編譯器、鏈接器和運行時庫去完成，設(shè)計者只需合理設(shè)置系統(tǒng)棧、堆和任務(wù)棧。

4.2 靜態(tài)內(nèi)存分配方式

在大多數(shù)情況下，靜態(tài)分配普遍適應(yīng)于嵌入式系統(tǒng)，因為在操作的過程中，有些程序段的應(yīng)用和狀態(tài)基本上都是固定不變的，所以適應(yīng)性比較強。

在執(zhí)行程序之前，靜態(tài)內(nèi)存實質(zhì)上就已經(jīng)進行了，有著比較高的運行效率；對于內(nèi)存在需求上的狀況，在對其進行編譯的時候就能夠進行準(zhǔn)確的計算；對于在內(nèi)存的分配上，所應(yīng)用的時間是比較短的，并且這些動作基本上都是固定不變的；對于已經(jīng)分配完成的內(nèi)存，一般情況下，是不進行歸還的，而且很少有碎片；對于程序進行的測試也是比較容易的，并且有著很高的可靠性。以上這些優(yōu)點使得靜態(tài)內(nèi)存的分配在很多標(biāo)準(zhǔn)要求比較高的系統(tǒng)中都能夠使用，如果一些系統(tǒng)的要求特變高，對于在使用中，一定不能夠出現(xiàn)延時或者是失敗的分配現(xiàn)象產(chǎn)生的話，那么靜態(tài)內(nèi)存分配模式就可以很好的滿足這些條件，在開始對其進行編譯的時候，就可以將這些需要的內(nèi)存進行分配。

4.3 動態(tài)內(nèi)存分配方式

對于靜態(tài)內(nèi)存分配來講，主要注重的方面是效率和安全方面，而對于動態(tài)內(nèi)存分配來說則比較注重于靈活性的掌握。在進行動態(tài)的內(nèi)存分配模式下，對于內(nèi)存空間的要求，程序是在目標(biāo)的模塊在進行鏈接之前就已經(jīng)分配完成的，在程序進行工作的過程當(dāng)中，是允許繼續(xù)附加一定的內(nèi)存或者是在內(nèi)存的空間上進行移動工作的，也就是說對內(nèi)存進行分配的工作不一定是要在程序運行之前就要完成的，在程序運行期間也是可以逐步的進行分配的。這種做法在一定程度上減少了浪費的情況，使得很多不被使用的內(nèi)存不進行分配，對于內(nèi)存的總體需求降低了要求；對于設(shè)計的質(zhì)量來講有了很大的提高，使系統(tǒng)在進行編寫的時候?qū)⒏拥暮唵稳菀?；在程序運行的過程中對內(nèi)存進行分配，這樣就在系統(tǒng)進行啟動的時候減少了運行的時間。

在對動態(tài)內(nèi)存進行分配的時候，程序員在對程序進行編寫的過程中，可以全身心的將精力放在對于程序的設(shè)計上，而不需要對內(nèi)存的分配問題傾注過多的精力。在程序和硬件系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)性不是特別高的時候，那么對于程序在進行移植方面就有了很大的便利，比如有一些系統(tǒng)不是單純的為了嵌入式系統(tǒng)而設(shè)計的，那么也可以將其很容易的移植到嵌入式系統(tǒng)當(dāng)中。如入說，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的條件下，對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧在一定的平臺使用下，為了達到一定的條件，能夠在使用系統(tǒng)的時候更加的靈活，在使用系統(tǒng)的時候，使得其中的每一個功能之間都能夠進行平衡的選擇，那么這個系統(tǒng)就必須可以適應(yīng)對于動態(tài)內(nèi)存的分配。

4.3.1 內(nèi)存碎片

內(nèi)存碎片是動態(tài)分配，尤其是直接在系統(tǒng)堆中分配的不分區(qū)方式的主要問題。在嵌入式實時操作系統(tǒng)中，多次的分配和釋放內(nèi)存，會把原來很大的一塊連續(xù)內(nèi)存區(qū)域逐漸分割成許多小而且互不相鄰的內(nèi)存區(qū)域，也就是內(nèi)存碎片。內(nèi)存碎片主要有兩種：一種是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)未用完它所分配到的內(nèi)存塊所產(chǎn)生的"內(nèi)部碎片"；另一種是兩個已分配數(shù)據(jù)塊之間的內(nèi)存由于太小而無法用于存儲任何東西造成的“外部碎片”。

4.3.2 內(nèi)存丟失

內(nèi)存丟失是一塊已經(jīng)分配但永遠不會被釋放的內(nèi)存區(qū)，是應(yīng)用程序所造成的缺陷。嵌入式系統(tǒng)要長時間運行，就要確保絕對沒有內(nèi)存丟失。內(nèi)存塊使用完后，特定的塊必須重新放回它以前所屬的分區(qū)，否則可能造成內(nèi)存丟失。

結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在不斷的進行更新，為了適應(yīng)發(fā)展快速的科技信息，在對于系統(tǒng)進行開發(fā)的時候，就要傾注更多的精力，使其在功能上能夠滿足日益發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)需求。那么針對嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，在實際的應(yīng)用過程中，涉及到對于內(nèi)存的管理方面的問題，這將關(guān)系到嵌入式系統(tǒng)對于軟件運行的效率和質(zhì)量問題。所以程序的設(shè)計人員要擁有很豐富的專業(yè)知識，在思想理念上能夠跟得上國際的最新趨勢，使得系統(tǒng)在使用的過程中可以為我國的信息產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造出更大的成就，為我國網(wǎng)絡(luò)信息業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造有利的環(huán)境。

[1]J.Labrosse邵貝貝，等譯.嵌入式實時操作系統(tǒng)μC/OS-II[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[2]夏瑋瑋，沈連豐.嵌入式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析與開發(fā)應(yīng)用[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2003.