嵌入式应用程序中的内存管理资源

Question

如何管理关键任务嵌入式应用程序中的内存？

我在google上发现了一些文章，但无法找到真正有用的实用指南。

DO-178b禁止动态内存分配，但是如何管理内存呢？提前预先分配所有内容并发送指向需要分配的每个函数的指针？在堆栈上分配它？使用全局静态分配器（但它与动态分配非常相似）？

例如，答案可以是常规答案，对资源的引用或对良好的开源嵌入式系统的引用。

澄清：这里的问题不在于内存管理是否适用于嵌入式系统。但是什么是嵌入式系统的优秀设计，以最大限度地提高可靠性。

我不明白为什么静态预分配缓冲池，动态获取和删除它，与动态分配内存不同。

Answer 1

作为处理过嵌入式系统的人，虽然到目前为止还不是那么严格（不过我读过DO-178B）：

• 如果你看一下u-boot bootloader，那么全局放置的结构会做很多事情。根据您的具体应用，您可以摆脱全局结构和堆栈。当然，那里有重新进入和相关的问题并不真正适用于引导加载程序，但可能适用于你。
• 预分配，预分配，预分配。如果你可以在设计时绑定数组/列表结构/ etc的大小，则将其声明为全局（或静态全局 - 看看Ma，封装）。
• 堆栈非常有用，在需要的地方使用它 - 但要小心，因为在没有剩余堆栈空间之前，可以很容易地分配它。我曾经发现自己调试的一些代码会为多个函数中的字符串管理分配1k缓冲区...偶尔，缓冲区的使用会占用另一个程序的堆栈空间，因为默认堆栈大小为4k。
• 缓冲池案例可能取决于其实现方式。如果您知道需要传递编译时已知大小的固定大小的缓冲区，那么处理缓冲池可能比完整的动态分配器更容易证明正确性。您只需要验证缓冲区不会丢失，并验证您的处理不会失败。这里似乎有一些很好的提示：http://www.cotsjournalonline.com/articles/view/101217

但是，我认为您的答案可能会在加入http://www.do178site.com/

时找到

Answer 2

我曾在DO-178B环境（飞机系统）工作过。我所理解的是，不允许动态分配的主要原因主要是认证。认证通过测试（单一，覆盖，集成......）完成。通过这些测试，您必须证明您的程序行为是100％可预测的，几乎到了从一个执行到下一个执行的过程的内存占用量相同的程度。由于动态分配是在堆上完成的（并且可能失败），因此您无法轻易证明（我认为如果您掌握从硬件到编写的任何代码的所有工具，但是......）应该是可能的。静态分配没有这个问题。这也是为什么此类环境中此时不使用C ++的原因。 （大约15年前，这可能已经改变了......）

实际上，你必须编写很多结构池和分配函数来保证你有一些确定性的东西。你可以想象很多解决方案。关键是你必须证明（通过TONS测试）高水平的确定性行为。更容易证明你的手工制作开发工作确定性地证明linux + gcc在分配内存方面是确定性的。

只需2美分。很久以前，事情可能已经发生了变化，但是关于像DO-178B这样的认证，关键在于证明你的应用程序在任何情况下都可以随时工作。

Answer 3

实时，长时间运行，关键任务系统不应动态分配和释放堆中的内存。如果您需要并且无法围绕它进行设计，那么请编写自己的已分配和固定池管理方案。是的，尽可能提前分配固定。还有其他事情要求最终的麻烦。

Answer 4

免责声明：我没有专门使用DO-178b，但我已经为认证系统编写了软件。

在我曾经是开发人员的认证系统上......

1. 动态内存分配是 只有在接受期间才能接受 初始化阶段。
2. 动态内存取消分配绝对不可接受。

这给我们留下了以下选项......

• 使用静态分配的结构。
• 创建一个结构池，然后从/向池中获取/释放它们。
• 为了灵活性，我们可以在初始化阶段动态分配池的大小或结构的数量。然而，一旦超过初始阶段，我们就会陷入困境。

我们公司发现结构池然后从/返回池中获取/释放是最有用的。我们能够保持模型，并以最小的问题保持确定性。

希望有所帮助。

Answer 5

从堆栈中分配所有内容通常在嵌入式系统或其他地方进行，否则分配失败的可能性是不可接受的。我不知道DO-178b是什么，但如果问题是你的平台上没有malloc，你也可以自己实现它（实现你自己的堆），但这仍然可能导致你运行时分配失败当然，没有太空了。

Answer 6

没有办法百分百肯定。

您可以查看FreeRTOS的内存分配器示例。那些使用静态池，如果我没有弄错的话。

Answer 7

您可能会发现this question也很有趣，在空间强化设置中经常禁止动态分配（实际上，核心内存在那里仍然有用）。

通常，当malloc（）不可用时，我只使用堆栈。正如Tronic所说，不使用malloc（）背后的全部原因是它可能会失败。如果您使用的是全局静态池，则可以想象您的内部malloc（）实现可以进行故障验证。

这真的，真的，真的取决于手头的任务以及董事会将要接触到的内容。