オペレーティングシステムのソースコードをトリミングする方法

この記事の要件シナリオは、標準ライブラリが実装されていないプロセッサ IP のメモリ管理モジュールを移植すること、つまり、ベアチップの C 標準ライブラリにmalloc()および関数を展開することです。free()

具体的な方法は、オペレーティングシステムのメモリ管理コンポーネントから必要なソースコードを切り出し、ターゲットプロセッサの開発環境 (SDK/IDE/CMAKE プロジェクトのサブディレクトリ) に適合させることです。

1 要件の決定 - メモリ管理/ヒープ管理を理解する

1.1 C 標準ライブラリのメモリ管理スキーム

C 標準ライブラリは、C プログラムでの動的なメモリ割り当ておよび解放操作のための一連のメモリ管理関数を提供します。これらの関数には主に、malloc、calloc、realloc、free が含まれます。

malloc 関数: malloc 関数は、指定されたサイズのメモリブロックを割り当て、メモリブロックへのポインタを返すために使用されます。その関数プロトタイプは次のとおりです。

void* malloc(size_t size);

割り当てられるメモリ空間のサイズ (バイト単位) を示すパラメータサイズを受け入れます。malloc 関数は、ヒープメモリ内に連続したメモリブロックを割り当て、メモリブロックの開始アドレスへのポインタを返します。

calloc 関数: calloc 関数は、指定された数とサイズのメモリブロックを割り当てるためにも使用され、メモリブロックへのポインタを返します。malloc とは異なり、calloc は割り当てられたメモリブロック内のすべてのバイトを 0 に初期化します。その関数プロトタイプは次のとおりです。

void* calloc(size_t num, size_t size);

num パラメータは割り当てる必要がある要素の数を示し、size パラメータは各要素のサイズ (バイト単位) を示します。calloc 関数は、ヒープメモリ内にサイズ num * size のメモリブロックを割り当て、メモリブロックの開始アドレスへのポインタを返します。

realloc 関数: realloc 関数は、以前に割り当てられたメモリブロックのサイズを変更するために使用されます。その関数プロトタイプは次のとおりです。

void* realloc(void* ptr, size_t size);

ptr パラメータは、malloc または calloc によって以前に割り当てられたメモリブロックへのポインタで、size パラメータは調整する必要があるサイズ (バイト単位) を示します。realloc 関数は、新しいサイズに従ってメモリブロックを再割り当てし、再割り当てされたメモリブロックの開始アドレスへのポインタを返します。メモリブロックを再割り当てできない場合、realloc関数は新しいメモリブロックを作成し、元のメモリブロックのデータを新しいメモリブロックにコピーすることができる。

free 関数: free 関数は、malloc、calloc、または realloc 関数によって以前に割り当てられたメモリブロックを解放するために使用されます。その関数プロトタイプは次のとおりです。

void free(void* ptr);

ptr パラメータは、以前に割り当てられたメモリブロックへのポインタです。free 関数を呼び出すと、メモリブロックは空きとしてマークされ、他のメモリニーズに再度割り当てることができます。

1.2 需要の調整

ベアチッププログラムはメモリリソースによって制限されており、一般に静的割り当て方法を使用して設計されています。一部の周辺ドライバを移植する場合は、基本的な動的メモリ管理方法のみを提供する必要があり、事前に割り当てられた新しい動的メモリはほとんど必要ありません。したがってrealloc、およびcalloc関数を省略できるため、タスクの負荷は半分に軽減されます。

2 ホイールを見つけます - オペレーティングシステムから学びます

オペレーティングシステムはハードウェアを抽象化したものです。ベアチップの要件のほとんどは、オペレーティングシステムのソースコードに記載されています。では、なぜ車輪を再発明して、オペレーティングシステムの羊毛をつかみ取る必要があるのでしょうか。

2.1 FreeRTOS のメモリ管理スキーム

FreeRTOS は、いくつかのヒープ管理スキームを提供します。これらのスキームの複雑さと機能は異なり、さまざまな需要シナリオに適しています。詳細については、次の図を参照してください。
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要約すると、FreeRTOS はソースコードディレクトリ Source/Portable/MemMang にメモリ管理モジュールの 5 つのオプション実装を提供します。

heap_1: ミニマリストバージョン、メモリ解放をサポートしていません (空き機能はありません)
heap_2: 解放をサポートしますが、解放されたメモリブロックをマージしません
heap_3: スレッドセーフな malloc および free 関数をサポートします。
heap_4: メモリの断片化を避けるために、解放されたメモリブロックをマージします。
heap_5: 4 に基づいて複数のメモリブロックにわたる割り当てをサポートします。

ここでは、必要に応じて選択しますが、基本的な機能が包括的で十分にシンプルであるため、この記事では heap_2 移植を選択します。

2.2 ソースコードをプルする

以下に示すように、ソースツリーで Source/Portable/MemMang/heap2.c を見つけます。これを開くと、割り当て関数と解放関数が範囲内にあり、それぞれ名前が付けられ、プロジェクトに追加されていることがわかります。次に、このソースファイルの依存関係を詳しく見て、ソースツリーから依存関係を抽出します
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。メモリ管理モジュールがオペレーティングシステムから削除されます。pvPortMallocvPortFree

2.3 依存関係の削除

heap_2.c には、FreeRTOS.h と task.h という 2 つの FreeRTOS 関連のヘッダーファイルが含まれています。後者はタスクスケジューラに関連するステートメントであり、明らかに必要ありません。直接削除してください。FreeRTOS は一部の設定項目をマクロ定義したものですが、メモリ管理に関係する部分を切り取っており、FreeRTOS.h ファイル全体を保持する必要はありません。

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次に、マネージドメモリ領域のサイズをメモリアライメント要件を満たすようにするために使用されるマクロ定義があります。

/* A few bytes might be lost to byte aligning the heap start address. */
#define configADJUSTED_HEAP_SIZE    ( configTOTAL_HEAP_SIZE - portBYTE_ALIGNMENT )

configTOTAL_HEAP_SIZE と portBYTE_ALIGNMENT の両方で、heap_2.c を手動で #define し
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、マクロ定義を使用する必要がありますportBYTE_ALIGNMENT_MASK。

元々は FreeRTOS.h にありましたが、それを portmacro.h に追加しました。

残りはいくつかの基本的な型の置換であり、それらを portmacro に置きました。 h ファイル: projdefs.h も必要で、その中にとのマクロが
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あります。truefalse