慣有嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理方案研究

慣有嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理方案研究

　　摘要：嵌入式系統(tǒng)的內(nèi)存管理機(jī)制必須滿足實(shí)時(shí)性和可靠性的要求，嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理方案研究。本文以開源的的操作系統(tǒng)RTEMS為例，介紹嵌入式系統(tǒng)中內(nèi)存管理的要求、存在的問題以及解決的策略。

　　引言

　　內(nèi)存管理機(jī)制是嵌入式系統(tǒng)研究中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)的問題，它必須滿足以下幾個(gè)特性：

　　①實(shí)時(shí)性。從實(shí)時(shí)性的角度出發(fā)，要求內(nèi)存分配過程要盡可能地快。因此，在嵌入式系統(tǒng)中，不可能采用通用操作系統(tǒng)的一些復(fù)雜而完善的內(nèi)存分配策略，一般沒有段頁(yè)式的虛存管理機(jī)制；而是采用簡(jiǎn)單、快速的內(nèi)存分配方案，其分配方案也因程序?qū)��?shí)時(shí)性的要求而異。例如，VxWorks系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的“首次適應(yīng)，立即聚合”方法；VRTX中采用多個(gè)固定尺寸存儲(chǔ)塊的binning方案。

　　②可靠性。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境千變?nèi)f化，在有些特定情況下，對(duì)系統(tǒng)的可靠性要求極高，內(nèi)存分配的請(qǐng)求必須得到滿足，如果分配失敗則可能會(huì)帶來災(zāi)難性的后果。比如，飛機(jī)的燃油檢測(cè)系統(tǒng)。在飛機(jī)飛行過程中，如果燃料發(fā)生泄漏，系統(tǒng)應(yīng)該立即檢測(cè)到，并發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)等待飛行員及時(shí)處理。如果因?yàn)閮?nèi)存分配失敗而不能相應(yīng)地操作，就可能發(fā)生機(jī)毀人亡的事故。

　　③高效性。內(nèi)存分配要盡可能地減少浪費(fèi)。不可能為了保證滿足所有的內(nèi)存分配請(qǐng)求而將內(nèi)存配置得很大。一方面，嵌入式系統(tǒng)對(duì)成本的要求使得內(nèi)存在其中只是一種很有限的資源；另一方面，即使不考慮成本的因素，系統(tǒng)硬件環(huán)境有限的空間和有限的板面積決定了可配置的內(nèi)存容量是很有限的。

　　針對(duì)以上三個(gè)約束條件，市場(chǎng)上主流的嵌入式操作系統(tǒng)，如VxWorks、嵌入式Linux等均提出了一套有效的解決方案；但是，這些系統(tǒng)只提供了應(yīng)用開發(fā)的接口，其底層的實(shí)現(xiàn)方案不可見。本文以開源的嵌入式操作系統(tǒng)RTEMS為例，分析了嵌入式系統(tǒng)內(nèi)存管理所面臨的問題，研究了其底層實(shí)現(xiàn)的解決方案。

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