FreeRTOS内存分配：Heap_1详解与实验教程

"本文档是关于FreeRTOS实时操作系统内存分配方案的一个教程，特别是讲解了Heap_1内存分配器的使用和原理。Heap_1适用于不需要动态内存释放的应用场景，提供了一种确定性的内存管理方式。在FreeRTOSConfig.h中通过configTOTAL_HEAP_SIZE配置堆的总大小。内存分配通过pvPortMalloc()函数实现，将大内存块分割成更小的内存块供任务使用。在任务创建时，每个任务都需要TCB（任务控制块）和栈空间，Heap_1会按需分配。文章通过图42展示了任务创建前后内存分配的变化，从无任务到创建多个任务的情况。" FreeRTOS是一个专为微控制器设计的实时操作系统，它包含了一系列内存管理策略，其中Heap_1是最基础的分配方案。Heap_1的实现不包括vPortFree()函数，意味着一旦内存分配出去，就无法释放。这使得Heap_1在需要确定性内存管理且不涉及动态内存删除的场景下非常适用。 在FreeRTOS中，内存分配主要通过 pvPortMalloc()函数完成。Heap_1将内存视为一个大的数组，每次调用pvPortMalloc()时，都会从这个数组中划分出合适大小的内存块。数组的总大小由用户在FreeRTOSConfig.h中的configTOTAL_HEAP_SIZE宏定义。值得注意的是，即使没有实际分配，这个预分配的大数组也会占用相应的物理内存，因此可能导致应用程序在启动时看似内存消耗较大。 在任务创建过程中，FreeRTOS会在堆空间上为每个任务分配TCB和栈空间。TCB包含了任务的状态、优先级等信息，而栈空间用于存储任务执行过程中的变量。文章通过图42生动展示了随着任务数量增加，内存分配的动态变化，从无任务时的空数组，到创建单个任务后，再到创建三个任务后的内存分布情况。 FreeRTOS的内存管理机制对于理解和优化嵌入式系统的内存使用至关重要。由于Heap_1的简单性，它在某些特定的应用场合能够提供稳定且确定的内存分配，但缺乏动态释放内存的功能可能限制了其在更复杂系统中的应用。在选择内存分配方案时，开发者需要根据项目需求权衡性能、内存效率和功能需求。