WSF操作系统抽象层学习笔记 (一) ---简介和内存管理

一、简介

WSF(wireless software foundation)是对操作系统的一个简单的封装，提供对操作系统的简单编程，提供简单的系统服务

功能简介：

事件、消息传递和处理。
定时器功能。
队列和缓存管理功能。
可编程的数据类型。
关键部分和任务锁定。
调试输出和断言诊断。
用于加密和随机数生成的安全接口

WSF不定义任何任务，仅定义了一些给任务的接口。依赖于目标OS去实现任务和事件管理，定时器管理等。也可以在裸机环境中充当一个简单的独立操作系统。

二、组成介绍

数据类型

wsf_types.h

定义了后续软件系统使用的常用数据类型。

/* 嵌入式常用数据类型 */
typedef signed char int8_t;
typedef unsigned char uint8_t;
typedef signed short int16_t;
typedef unsigned short uint16_t;
typedef signed long int32_t;
typedef unsigned long uint32_t;
typedef unsigned long long uint64_t;

内存管理

WSF的内存管理是一个基于内存池的缓存管理方法。

//内存池缓存描述结构
typedef struct
{uint16_t   len;                  //内存池中单个缓存长度uint8_t    num;                 //内存池中缓存个数
} wsfBufPoolDesc_t;//内存池管理结构
typedef struct
{wsfBufPoolDesc_t  desc;           //内存池wsfBufMem_t       *pStart;        //内存池开始的指针wsfBufMem_t       *pFree;        //指向第一个可用的内存位置
#if WSF_BUF_STATS == TRUE       //用于控制buf状态信息的输出和调试uint8_t           numAlloc;       //当前被申请的内存个数uint8_t           maxAlloc;       //使用最大个数uint16_t          maxReqLen;     //使用的最长的长度
#endif
} wsfBufPool_t;//一个内存单位的描述结构，同时作为每个内存块的头部结构，属于复用型结构
//这个地方定义为一个指针的大小，目的可能是为了做内存对齐。
typedef struct wsfBufMem_tag
{struct wsfBufMem_tag  *pNext;     //指向下一个内存块的位置
#if WSF_BUF_FREE_CHECK == TRUEuint32_t              free;       //表示该内存块单元是否被使用
#endif
} wsfBufMem_t;

内存池分配的结构

内存的初始化

内存的初始化是将传递进来的整块内存，按照上图所示，依次在头部填充N个内存池的管理结构，然后将剩下的内存划分为N个内存池，并根据内存池描述结构将每个内存池划分为M块实际内存。

因此，传递内存的大小应该额外添加N个内存管理结构的大小。否则内存池将厨师胡失败。产生断言。

/**bufMemLen：传入的缓冲区大小。*pBufMem：指向缓冲区的指针。*numPools：需要创建的内存池个数。*pDesc：每个内存池的描述结构。
*/
uint16_t WsfBufInit(uint16_t bufMemLen, uint8_t *pBufMem, uint8_t numPools, wsfBufPoolDesc_t *pDesc)
{wsfBufPool_t  *pPool;wsfBufMem_t   *pStart;uint16_t      len;uint8_t       i;wsfBufMem = (wsfBufMem_t *) pBufMem;pPool = (wsfBufPool_t *) wsfBufMem;/* 内存的头部存放内存池管理结构 */pStart = (wsfBufMem_t *) (pPool + numPools);wsfBufNumPools = numPools;/* 循环创建内存池 */while (TRUE){/* 这里时检测内存是否越限 *//* 这个位置最好在函数的入口进行总长度的计算，边创建边计算的方式稍微有点不合适 */if (pStart > &wsfBufMem[bufMemLen / sizeof(wsfBufMem_t)]){WSF_ASSERT(FALSE);return 0;}/* 创建完毕退出循环 */if (numPools-- == 0){break;}/* 对内存池进行对齐，这里是以一个指针的大小进行对齐 */if (pDesc->len < sizeof(wsfBufMem_t)){pPool->desc.len = sizeof(wsfBufMem_t);}else if ((pDesc->len % sizeof(wsfBufMem_t)) != 0){pPool->desc.len = pDesc->len + sizeof(wsfBufMem_t) - (pDesc->len % sizeof(wsfBufMem_t));}else{pPool->desc.len = pDesc->len;}pPool->desc.num = pDesc->num;    //记录内存池中内存块的个数。pDesc++;pPool->pStart = pStart;       //记录内存其实位置pPool->pFree = pStart;        //记录下一个可用的位置
#if WSF_BUF_STATS == TRUEpPool->numAlloc = 0;pPool->maxAlloc = 0;pPool->maxReqLen = 0;
#endifWSF_TRACE_INFO2("Creating pool len=%u num=%u", pPool->desc.len, pPool->desc.num);WSF_TRACE_INFO1("              pStart=0x%x", (uint32_t)pPool->pStart);/* 循环创建内存块，设置可用链表 */len = pPool->desc.len / sizeof(wsfBufMem_t);for (i = pPool->desc.num; i > 1; i--){/* 越界检测，若开始做了检查则此处不在需要检查 */if (pStart > &wsfBufMem[bufMemLen / sizeof(wsfBufMem_t)]){WSF_ASSERT(FALSE);return 0;}/* 记录下一个空闲的位置 */pStart->pNext = pStart + len;pStart += len;}/* 越界检测，同上 */if (pStart > &wsfBufMem[bufMemLen / sizeof(wsfBufMem_t)]){WSF_ASSERT(FALSE);return 0;}/* 最后一个内存块的下一个指向空 */pStart->pNext = NULL;pStart += len;/* 进行下一个内存池的创建 */pPool++;}wsfBufMemLen = (uint8_t *) pStart - (uint8_t *) wsfBufMem;WSF_TRACE_INFO1("Created buffer pools; using %u bytes", wsfBufMemLen);return wsfBufMemLen;
}

内存申请

使用轮询的方式依次检查每个内存池支持的长度以及，是否有剩余空间，然后取其中一个将内存起始地址返回，并重新设置free指针。

/**len:申请内存的长度*/
void *WsfBufAlloc(uint16_t len)
{wsfBufPool_t  *pPool;wsfBufMem_t   *pBuf;uint8_t       i;WSF_CS_INIT(cs);WSF_ASSERT(len > 0);pPool = (wsfBufPool_t *) wsfBufMem;/* 轮询每个mempool，找到空闲和合适大小的内存池 */for (i = wsfBufNumPools; i > 0; i--, pPool++){/* 判断当前内存池块大小是否满足需求 */if (len <= pPool->desc.len){/* enter critical section */WSF_CS_ENTER(cs);/* 判断当前内存池是都有空余内存块 */if (pPool->pFree != NULL){/* pbuf指向可用内存 */pBuf = pPool->pFree;/* 将FREE指针指向下一个内存块的位置 */pPool->pFree = pBuf->pNext;#if WSF_BUF_FREE_CHECK == TRUEpBuf->free = 0;
#endif
#if WSF_BUF_STATS_HIST == TRUE/* increment count for buffers of this length */if (len < WSF_BUF_STATS_MAX_LEN){wsfBufAllocCount[len]++;}else{wsfBufAllocCount[0]++;}
#endif
#if WSF_BUF_STATS == TRUEif (++pPool->numAlloc > pPool->maxAlloc){pPool->maxAlloc = pPool->numAlloc;}pPool->maxReqLen = WSF_MAX(pPool->maxReqLen, len);
#endif/* exit critical section */WSF_CS_EXIT(cs);WSF_TRACE_ALLOC2("WsfBufAlloc len:%u pBuf:%08x", pPool->desc.len, pBuf);return pBuf;}/* exit critical section */WSF_CS_EXIT(cs);#if WSF_BUF_ALLOC_BEST_FIT_FAIL_ASSERT == TRUEWSF_ASSERT(FALSE);
#endif}}/* 申请失败，若使能了回调函数，调用回调通知 */
#if WSF_OS_DIAG == TRUEif (wsfBufDiagCback != NULL){WsfBufDiag_t info;info.type = WSF_BUF_ALLOC_FAILED;info.param.alloc.taskId = WSF_OS_GET_ACTIVE_HANDLER_ID();info.param.alloc.len = len;wsfBufDiagCback(&info);}else{WSF_TRACE_WARN2("WsfBufAlloc failed len:%u - task:%u", len, WSF_OS_GET_ACTIVE_HANDLER_ID());}
#elseWSF_TRACE_WARN1("WsfBufAlloc failed len:%u", len);
#endif#if WSF_BUF_ALLOC_FAIL_ASSERT == TRUEWSF_ASSERT(FALSE);
#endifreturn NULL;
}

内存释放

从缓冲区的尾部开始查询，根据每个mempool的起始地址找到被释放内存在内存池中的位置，将内存重新释放到内存池中，并重新定义内存头部信息。

void WsfBufFree(void *pBuf)
{wsfBufPool_t  *pPool;wsfBufMem_t   *p = pBuf;WSF_CS_INIT(cs);/* 判断指针范围 */
#if WSF_BUF_FREE_CHECK == TRUEWSF_ASSERT(p >= ((wsfBufPool_t *) wsfBufMem)->pStart);WSF_ASSERT(p < (wsfBufMem_t *)(((uint8_t *) wsfBufMem) + wsfBufMemLen));
#endif/* 从最后一个内存池开始查找 */pPool = (wsfBufPool_t *) wsfBufMem + (wsfBufNumPools - 1);while (pPool >= (wsfBufPool_t *) wsfBufMem){/* 如果在当前内存池的范围内 */if (p >= pPool->pStart){/* enter critical section */WSF_CS_ENTER(cs);#if WSF_BUF_FREE_CHECK == TRUEWSF_ASSERT(p->free != WSF_BUF_FREE_NUM);p->free = WSF_BUF_FREE_NUM;
#endif
#if WSF_BUF_STATS == TRUEpPool->numAlloc--;
#endif/* 重新将内存块放入内存池中，并将free指针指向当前的内存位置 */p->pNext = pPool->pFree;pPool->pFree = p;/* exit critical section */WSF_CS_EXIT(cs);WSF_TRACE_FREE2("WsfBufFree len:%u pBuf:%08x", pPool->desc.len, pBuf);return;}/* 不在当前内存池，查找下一个 */pPool--;}/* should never get here */WSF_ASSERT(FALSE);return;
}

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