堆与栈的概念（RTOS）

#堆在RTOS的概念

#相关代码表示

#堆相关特点

#栈在RTOS中的概念

#栈的代码表示

#栈的相关特点

#为什么每个RTOS任务都要有自己的栈

前言：本篇参考韦东山老师的RTOS，连接放在最后

#堆在RTOS的概念

本文所指的堆与栈并不是数据结构中，的堆与栈，实时操作系统（RTOS）中，堆（Heap）是一个动态内存分配区域，用于存储程序运行过程中大小未知或可变的数据结构。堆内存不像栈内存那样由操作系统自动管理，它是由程序员申请和释放的。用户可以根据需要请求一段连续的内存空间，并在程序执行过程中随着数据的变化而增长或减小。

堆与栈经常混着用，而栈是RTOS的基础，所为堆就是一块内存，我们可以管理内存，从内存中使用一部分，用完之后在把他释放回去。

#相关代码表示

代码里定义了heap_buf[1024]数组，作为内存空间，定义void *my_malloc(int size);这个函数在main()里面去使用，数组的内存空间，这个过程就是申请内存空间的堆，使用堆作为存储数据的存在，同样可以使用函数，对已经定义使用的，内存空间去进行释放。

char heap_buf[1024];//这里定义一个堆
int pos = 0;
void *my_malloc(int size);
int main()//主函数
{char ch = 65;char *buf = my_malloc(100);//调用函数占用内存unsigned char uch = 200;for(i = 0; i<26;i++)buf[i] = 'A'+i;return 0;
}
void *my_malloc(int size)//定义函数使用堆
{int old_pos = pos;pos+=size;return &heap_buf[old_pos];
}

#堆相关特点

动态分配：进程可以在运行时根据需要动态地向堆中申请内存，不需要预先指定固定大小。

无预定义大小：堆的大小没有固定限制，直到系统内存不足或者达到预设的内存阈值才会停止分配。

内存管理：程序员负责堆内存的分配和释放，如果忘记释放已不再使用的内存，可能导致内存泄漏。

性能开销：由于堆内存管理通常比栈内存复杂，可能会引入一定的性能开销，尤其是在频繁大块分配或回收时。

总结：堆是程序中的内存分配区域，用于存储变量等，这个空间由代码申请或者释放。

#栈在RTOS中的概念

栈在RTOS中非常重要，RTOS操作系统，没有文件功能，因为只有内核，仅支持多任务的要求，而栈也是一块内存空间，CPU的SP寄存器指向栈，可以用于函数调用·，局部变量，多任务系统保存现场空间。

#栈的代码表示


void a_func(volatile int a);//定义函数声明
void b_func(volatile int a);//定义函数声明
void c_func(volatile int a);//定义函数功能
int g_cnt = 0;//定义变量声明
int main()//主函数
{char ch = 65;char *buf = my_malloc(100);//调用函数占用内存unsigned char uch = 200;volatile int i = 99;for(i = 0; i<26;i++)buf[i] = 'A'+i;a_funct(i);return 0;
}
void a_func(volatile int a)//定义函数功能
{g_cnt =  b_funct(a);c_funct(g_cnt);
}
void b_func(volatile int a)//定义函数功能
{a+=2;return a;
}
void c_func(volatile int a)//定义函数功能
{a+=2;return a;
}
void *my_malloc(int size)//定义函数使用堆
{int old_pos = pos;pos+=size;return &heap_buf[old_pos];
}

在这个程序里面，main()里面调用a_func ，a_func里面调用了b_func和c_func，这里面有一个层层调用的关系，对应的汇编代码如下。

main()里面a_func ，调用指令。在使用BL汇编指令，进行函数调用的时候，BL指令的功能是，LR=0x8000154，同时PC=0x8000154，这个地址就是调用函数a_func在寄存器中的地址，同时调用，在执行调用函数的时候，会保存返回地址，PUSH {r0，r1} 所以C语言调用函数的本质是使用BL指令main()函数中转跳执行函数的时候，下面一些语句还没有执行，需要执行，在执行完调用函数的时候就需要返回，转跳位置，重新进行执行。

在最后调用的函数c_func()，执行完之后，lr寄存器的值，会被弹出，里面保存的是a_func（）函数的地址，从而跳转到c_func()被调用的地方，继续执行下面的语句，同理当a_func（）执行完成的时候，lr寄存器里面的值保存的是main()里面a_func（）跳转的部分，从而继续执行下面的语句。

在main()函数/自定义函数，的汇编语言中第一条语句，通常是保存 r0 r1 r2 r3 这些寄存器 LR返回地址局部变量这些数据会被保存RAM的栈中，在函数的调用结束之后，局部便令，LR在栈中分配的内存空间会被释放。