学习之路主要为FreeRTOS操作系统在STM32F103（STM32F103C8T6）上的运用，采用的是标准库编程的方式，使用的IDE为KEIL5。

注意！！！本学习之路可以通过购买STM32最小系统板以及部分配件的方式进行学习，也可以通过Proteus仿真的方式进行学习。

后续文章会同时发表在个人博客(jason1016.club)、CSDN；

视频会发布在bilibili(UID:399951374)

一、概念

FreeRTOS 创建任务、队列、信号量等的时候有两种方法，一种是动态的申请所需的 RAM。一种是由用户自行定义所需的 RAM，这种方法也叫静态方法，使用静态方法的函数一般以“Static”结尾，比如任务创建函数 xTaskCreateStatic()，使用此函数创建任务的时候需要由用户定义任务堆栈。

使用动态内存管理的时候 FreeRTOS 内核在创建任务、队列、信号量的时候会动态的申请RAM。标准 C 库中的 malloc()和 free()也可以实现动态内存管理，但是如下原因限制了其使用：

● 在小型的嵌入式系统中效率不高。

● 会占用很多的代码空间。

● 它们不是线程安全的。

● 具有不确定性，每次执行的时间不同。

● 会导致内存碎片。

● 使链接器的配置变得复杂。

不同的嵌入式系统对于内存分配和时间要求不同，因此一个内存分配算法可以作为系统的可选选项。FreeRTOS 将内存分配作为移植层的一部分，这样 FreeRTOS 使用者就可以使用自己的合适的内存分配方法。

当内核需要 RAM 的时候可以使用 pvPortMalloc()来替代 malloc()申请内存，不使用内存的时候可以使用 vPortFree()函数来替代 free()函数释放内存。函数 pvPortMalloc()、vPortFree()与函数 malloc()、free()的函数原型类似。

二、内存碎片

(1)、此时内存堆还没有经过任何操作，为全新的。

(2)、此时经过第一次内存分配，一共分出去了 4 块内存块，大小分别为 80B、80B、10B 和100B。

(3)、有些应用使用完内存，进行了释放，从左往右第一个 80B 和后面的 10B 这两个内存块就是释放的内存。如果此时有个应用需要 50B 的内存，那么它可以从两个地方来获取到，一个是最前面的还没被分配过的剩余内存块，另一个就是刚刚释放出来的 80B 的内存块。但是很明显，刚刚释放出来的这个 10B 的内存块就没法用了，除非此时有另外一个应用所需要的内存小于 10B。

(4)、经过很多次的申请和释放以后，内存块被不断的分割、最终导致大量很小的内存块！也就是图中 80B 和 50B 这两个内存块之间的小内存块，这些内存块由于太小导致大多数应用无法使用，这些没法使用的内存块就沦为了内存碎片！

内存碎片是内存管理算法重点解决的一个问题，否则的话会导致实际可用的内存越来越少，最终应用程序因为分配不到合适的内存而奔溃！FreeRTOS 的 heap_4.c 就给我们提供了一个解决内存碎片的方法，那就是将内存碎片进行合并组成一个新的可用的大内存块。

三、heap_4内存分配方法

分配方法简介

heap_4 提供了一个最优的匹配算法，不像 heap_2，heap_4 会将内存碎片合并成一个大的可用内存块，它提供了内存块合并算法。内存堆为 ucHeap[]，大小同样为 configTOTAL_HEAP_SIZE。可以通过函数 xPortGetFreeHeapSize()来获取剩余的内存大小。

heap_4 特性如下：1、可以用在那些需要重复创建和删除任务、队列、信号量和互斥信号量等的应用中。2、不会像 heap_2 那样产生严重的内存碎片，即使分配的内存大小是随机的。3、具有不确定性，但是远比 C 标准库中的 malloc()和 free()效率高。heap_4 非常适合于那些需要直接调用函数 pvPortMalloc()和 vPortFree()来申请和释放内存的应用，注意，我们移植 FreeRTOS 的时候就选择的 heap_4！heap_4 也使用链表结构来管理空闲内存块，链表结构体与 heap_2 一样。heap_4 也定义了两个局部静态变量 xStart 和 pxEnd 来表示链表头和尾，其中 pxEnd 是指向 BlockLink_t 的指针。