本节我们来学习FreeRTOS的动态内存管理功能。

在FreeRTOS中，动态内存管理是非常重要的功能，之前讲过的任务创建、信号量创建、消息队列的创建等等，都有动态创建和静态创建两种方式。静态创建时，需要用户先定义一块内存区；而动态创建时，不需要指定内存区，系统会自动在堆（heap）中申请一块内存区；这里动态创建时，就用到了动态内存管理的功能；此外，用户的应用程序也可以动态申请内存区使用。

1）FreeRTOS动态内存管理

说到动态内存管理，我们最容易想到的就是C语言中的动态内存分配函数malloc()，这个函数可以申请一块指定大小的内存区，以指针形式返回内存的地址。用户可以使用这片内存，用完之后要用free()函数来释放，否则会造成内存泄漏。

在嵌入式系统中，为了提高代码的运行效率，一般不使用标准C的malloc和free函数，通常会用相对简单的方法去实现内存的分配，再封装成与malloc和free相同的函数接口。

FreeRTOS中，申请内存的函数原型如下：

void *pvPortMalloc( size_t xWantedSize )；//参数为需申请的字节数，返回地址指针；

释放内存的函数原型如下：

void vPortFree( void *pv )； //参数为指向内存的指针；

虽然FreeRTOS提供了统一的函数接口对应于标准C语言中的malloc和free，但是它们内部的具体实现却有多种方式。FreeRTOS实际上有5种实现动态内存分配的方式，可以由用户选择使用哪一种。下面分别来介绍它们的异同。

Heap_1方式：

它是5种方法中最简单的，运行效率最高；只支持申请内存，不允许释放；具有时间确定性，不会产生内存碎片；虽然它不支持释放，但是在嵌入式系统下编程一般情况下也够用，因为无论是任务创建、信号量创建等等，在创建之后一般很少需要删除，也就不用释放内存了。

Heap_2方式：

支持内存申请、内存释放；但不支持内存碎片整理（也就是释放后的空闲小内存块不会被合并成大内存块）。

Heap_2方式比较适用于动态分配的内存块大小都是一样的情况，比如每次创建队列时，长度一样，这样不会产生内存碎片。使用时先用pvPortMalloc函数申请内存，得到内存块指针后，再用静态方式创建资源，使用完之后用vPortFree函数释放内存。

Heap_3方式：

对编译器提供的malloc和free进行了封装，需要编译器提供malloc和free的实现。

Heap_4方式：

支持内存申请、内存释放；并且支持内存碎片整理。

Heap_5方式：

这种方式是在heap_4的基础上，增加了对不连续的内存区的支持，也就是堆空间可以是不连续的空间；比如我们单片机内部有SRAM，外部也可以挂载SRAM或SDRAM，如果想把这样两片不连续的地址空间都管理起来，可以用heap_5方式来进行动态内存管理。

使用heap_5方式进行动态内存管理时，需调用vPortDefineHeapRegions函数进行初始化，之后才能调用申请内存、动态创建任务、动态创建信号量之类的申请内存操作。

FreeRTOS的堆空间大小由configTOTAL_HEAP_SIZE宏来确定；除了heap_3方式，其他的几种内存分配方式，都是在这个堆空间里分配的。

使用FreeRTOS的堆空间作为动态内存时（也就是除heap_3之外），可以用xPortGetFreeHeapSize()函数来获取剩余可用堆空间的大小。使用heap_4或heap_5时，可以用xPortGetMinimumEverFreeHeapSize()函数来获取历史剩余可用空间的最小值。

2）编程试验

下面我们来编写一个程序试验freeRTOS的动态内存分配功能。

首先创建工程，默认情况下，cubemx中freeRTOS的堆大小定义为3072字节，使用heap_4方式，我们不修改它，生成keil工程：

生成keil工程后，可以看到源文件中有heap_4.c文件；而且FreeRTOSConfig.h文件中的configTOTAL_HEAP_SIZE宏定义为3072：

在任务中编写如下代码，申请、释放内存，并打印剩余内存空间大小：

程序运行的结果如下图所示：

初始时，内存堆中有1216字节的可用空间；

执行申请10字节空间后，减小到了1192字节；这里不是减小10字节，一方面是因为freeRTOS中申请内存时要8字节对齐，另一方面是因为管理已申请的内存块也需要一定的空间；

执行动态创建一个信号量后，减小到了1112字节；

释放申请的空间后，可用空间回到了1216字节；

最后打印历史可用空间的最小值，1112字节。

可以看到，动态申请内存空间时，堆中的可用空间也是相应变化的。

好了，本节的内容就到这里了。

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