【LVGL】内存分配管理（与 sct 文件配合管理）

引言

LVGL 内存管理，可选默认 lvgl 管理方式，也可选自定义管理方式。

LVGL 内存消耗

这里说的内存管理，就是指“LVGL 要管理的内存”。
这个内存池不能分配的过大，过大则图形缓冲区或其他被分配的位置就可能不足；也不能过小，过小则可能分配给某些控件的内存不足。所以需要合理配需要管理的内存池的大小

内存管理文件添加

在工程中选择一个合适的文件夹下添加 malloc.c 和 malloc.h 文件，方便添加管理代码。
由于我使用的 arm 为 stm32h743iit6 型号的单片机，其内存分布如下 sct 文件所示：
其默认未初始化的变量都是放到 AXI SRAM 区的，我们一般也是将 lvgl 需要管理的内存放到这个区域，所以在后面 malloc.c 文件中不需要 _attribute_，直接为默认内存即可。

这个内存管理文件原本是正点原子写来管理整个工程的内存的，但是由于我们已经使用了 sct 静态内存管理的方法，所以这里的内存管理文件仅仅当作 lvgl 的内存管理文件使用了，所以需要初始化的内存区域也只有内部的 SRAM 区，外部 SDRAM 的管理用 sct 文件即可。

malloc.c

点击查看代码

#include "malloc.h"

/* 内存池(32字节对齐) */
static __ALIGNED(32) uint8_t mem1base[MEM1_MAX_SIZE]; /* 内部SRAM内存池 */
// static __ALIGNED(32) uint8_t mem2base[MEM2_MAX_SIZE] __attribute__((section(".RAM_SDRAM"))); /* 外部SDRAM内存池 */

/* 内存管理表 */
static MT_TYPE mem1mapbase[MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE]; /* 内部SRAM内存池MAP */
// static MT_TYPE mem2mapbase[MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE] __attribute__((section(".RAM_SDRAM"))); /* 外部SRAM内存池MAP */

/* 内存管理参数 */
const uint32_t memtblsize[SRAMBANK] = {
    MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE,
    // MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE
}; /* 内存表大小 */
const uint32_t memblksize[SRAMBANK] = {
    MEM1_BLOCK_SIZE,
    // MEM2_BLOCK_SIZE
}; /* 内存分块大小 */
const uint32_t memsize[SRAMBANK] = {
    MEM1_MAX_SIZE,
    // MEM2_MAX_SIZE
}; /* 内存总大小 */

/* 内存管理控制器 */
struct _m_mallco_dev mallco_dev =
    {
        my_mem_init,    /* 内存初始化 */
        my_mem_perused, /* 内存使用率 */
        /* 内存池 */
        mem1base,
        // mem2base,
        /* 内存管理状态表 */
        mem1mapbase,
        // mem2mapbase,
        /* 内存管理未就绪 */
        0,
        // 0,
};

/**
 * @brief       复制内存
 * @param       *des : 目的地址
 * @param       *src : 源地址
 * @param       n    : 需要复制的内存长度(字节为单位)
 * @retval      无
 */
void my_mem_copy(void *des, void *src, uint32_t n)
{
    uint8_t *xdes = des;
    uint8_t *xsrc = src;
    while (n--)
        *xdes++ = *xsrc++;
}

/**
 * @brief       设置内存值
 * @param       *s    : 内存首地址
 * @param       c     : 要设置的值
 * @param       count : 需要设置的内存大小(字节为单位)
 * @retval      无
 */
void my_mem_set(void *s, uint8_t c, uint32_t count)
{
    uint8_t *xs = s;
    while (count--)
        *xs++ = c;
}

/**
 * @brief       内存管理初始化
 * @param       memx : 所属内存块
 * @retval      无
 */
void my_mem_init(uint8_t memx)
{
    my_mem_set(mallco_dev.memmap[memx], 0, memtblsize[memx] * 4); /* 内存状态表数据清零 */
    mallco_dev.memrdy[memx] = 1;                                  /* 内存管理初始化OK */
}

/**
 * @brief       获取内存使用率
 * @param       memx : 所属内存块
 * @retval      使用率(扩大了10倍,0~1000,代表0.0%~100.0%)
 */
uint16_t my_mem_perused(uint8_t memx)
{
    uint32_t used = 0;
    uint32_t i;

    for (i = 0; i < memtblsize[memx]; i++)
    {
        if (mallco_dev.memmap[memx][i])
            used++;
    }

    return (used * 1000) / (memtblsize[memx]);
}

/**
 * @brief       内存分配(内部调用)
 * @param       memx : 所属内存块
 * @param       size : 要分配的内存大小(字节)
 * @retval      内存偏移地址
 *   @arg       0 ~ 0xFFFFFFFE : 有效的内存偏移地址
 *   @arg       0xFFFFFFFF     : 无效的内存偏移地址
 */
uint32_t my_mem_malloc(uint8_t memx, uint32_t size)
{
    signed long offset = 0;
    uint32_t nmemb;     /* 需要的内存块数 */
    uint32_t cmemb = 0; /* 连续空内存块数 */
    uint32_t i;

    if (!mallco_dev.memrdy[memx])
    {
        mallco_dev.init(memx); /* 未初始化,先执行初始化 */
    }
    if (size == 0)
        return 0XFFFFFFFF;           /* 不需要分配 */
    nmemb = size / memblksize[memx]; /* 获取需要分配的连续内存块数 */

    if (size % memblksize[memx])
        nmemb++;

    for (offset = memtblsize[memx] - 1; offset >= 0; offset--) /* 搜索整个内存控制区 */
    {
        if (!mallco_dev.memmap[memx][offset])
        {
            cmemb++; /* 连续空内存块数增加 */
        }
        else
        {
            cmemb = 0; /* 连续内存块清零 */
        }

        if (cmemb == nmemb) /* 找到了连续nmemb个空内存块 */
        {
            for (i = 0; i < nmemb; i++) /* 标注内存块非空  */
            {
                mallco_dev.memmap[memx][offset + i] = nmemb;
            }

            return (offset * memblksize[memx]); /* 返回偏移地址  */
        }
    }

    return 0XFFFFFFFF; /* 未找到符合分配条件的内存块 */
}

/**
 * @brief       释放内存(内部调用)
 * @param       memx   : 所属内存块
 * @param       offset : 内存地址偏移
 * @retval      释放结果
 *   @arg       0, 释放成功;
 *   @arg       1, 释放失败;
 *   @arg       2, 超区域了(失败);
 */
uint8_t my_mem_free(uint8_t memx, uint32_t offset)
{
    int i;

    if (!mallco_dev.memrdy[memx]) /* 未初始化,先执行初始化 */
    {
        mallco_dev.init(memx);
        return 1; /* 未初始化 */
    }

    if (offset < memsize[memx]) /* 偏移在内存池内. */
    {
        int index = offset / memblksize[memx];      /* 偏移所在内存块号码 */
        int nmemb = mallco_dev.memmap[memx][index]; /* 内存块数量 */

        for (i = 0; i < nmemb; i++) /* 内存块清零 */
        {
            mallco_dev.memmap[memx][index + i] = 0;
        }

        return 0;
    }
    else
    {
        return 2; /* 偏移超区了. */
    }
}

/**
 * @brief       释放内存(外部调用)
 * @param       memx : 所属内存块
 * @param       ptr  : 内存首地址
 * @retval      无
 */
void myfree(uint8_t memx, void *ptr)
{
    uint32_t offset;

    if (ptr == NULL)
        return; /* 地址为0. */

    offset = (uint32_t)ptr - (uint32_t)mallco_dev.membase[memx];
    my_mem_free(memx, offset); /* 释放内存 */
}

/**
 * @brief       分配内存(外部调用)
 * @param       memx : 所属内存块
 * @param       size : 要分配的内存大小(字节)
 * @retval      分配到的内存首地址.
 */
void *mymalloc(uint8_t memx, uint32_t size)
{
    uint32_t offset;
    offset = my_mem_malloc(memx, size);

    if (offset == 0xFFFFFFFF) /* 申请出错 */
    {
        return NULL; /* 返回空(0) */
    }
    else /* 申请没问题, 返回首地址 */
    {
        return (void *)((uint32_t)mallco_dev.membase[memx] + offset);
    }
}

/**
 * @brief       重新分配内存(外部调用)
 * @param       memx : 所属内存块
 * @param       *ptr : 旧内存首地址
 * @param       size : 要分配的内存大小(字节)
 * @retval      新分配到的内存首地址.
 */
void *myrealloc(uint8_t memx, void *ptr, uint32_t size)
{
    uint32_t offset;
    offset = my_mem_malloc(memx, size);

    if (offset == 0xFFFFFFFF) /* 申请出错 */
    {
        return NULL; /* 返回空(0) */
    }
    else /* 申请没问题, 返回首地址 */
    {
        my_mem_copy((void *)((uint32_t)mallco_dev.membase[memx] + offset), ptr, size); /* 拷贝旧内存内容到新内存 */
        myfree(memx, ptr);                                                             /* 释放旧内存 */
        return (void *)((uint32_t)mallco_dev.membase[memx] + offset);                  /* 返回新内存首地址 */
    }
}

/**
 * @brief       分配内存(外部调用)
 * @param       size : 要分配的内存大小(字节)
 * @retval      分配到的内存首地址.
 */
void *lv_mymalloc(uint32_t size)
{
    return (void *)mymalloc(SRAM, size);
}

/**
 * @brief       释放内存(外部调用)
 * @param       ptr  : 内存首地址
 * @retval      无
 */
void lv_myfree(void *ptr)
{
    myfree(SRAM, ptr);
}

/**
 * @brief       重新分配内存(外部调用)
 * @param       *ptr : 旧内存首地址
 * @param       size : 要分配的内存大小(字节)
 * @retval      新分配到的内存首地址.
 */
void *lv_myrealloc(void *ptr, uint32_t size)
{
    return (void *)myrealloc(SRAM, ptr, size);
}

malloc.h

点击查看代码

#ifndef __MALLOC_H
#define __MALLOC_H

#include "headers.h"

#ifndef NULL
#define NULL 0
#endif

/* 定义三个内存池 */
#define SRAM 0  /* 内部内存池 */
#define SDRAM 1 /* CCM内存池(此部分SRAM仅仅CPU可以访问!!!) */

/* 定义内存管理表类型,当外扩SDRAM的时候，必须使用uint32_t类型，否则可以定义成uint16_t，以节省内存占用 */
#define MT_TYPE uint32_t

#define SRAMBANK 1 /* 定义支持的SRAM块数. */

/* mem1内存参数设定.mem1完全处于内部SRAM里面. */
#define MEM1_BLOCK_SIZE 64                                    /* 内存块大小为 64 字节 */
#define MEM1_MAX_SIZE 200 * 1024                              /* 最大管理内存 512K */
#define MEM1_ALLOC_TABLE_SIZE MEM1_MAX_SIZE / MEM1_BLOCK_SIZE /* 内存表大小 */

// /* mem2内存参数设定.mem2处于CCM,用于管理CCM(特别注意,这部分SRAM,仅CPU可以访问!!) */
// #define MEM2_BLOCK_SIZE 64                                    /* 内存块大小为 64 字节 */
// #define MEM2_MAX_SIZE 60 * 1024                               /* 最大管理内存 32MB */
// #define MEM2_ALLOC_TABLE_SIZE MEM2_MAX_SIZE / MEM2_BLOCK_SIZE /* 内存表大小 */

/* 内存管理控制器 */
struct _m_mallco_dev
{
    void (*init)(uint8_t);        /* 初始化 */
    uint16_t (*perused)(uint8_t); /* 内存使用率 */
    uint8_t *membase[SRAMBANK];   /* 内存池 管理SRAMBANK个区域的内存 */
    uint32_t *memmap[SRAMBANK];   /* 内存管理状态表 */
    uint8_t memrdy[SRAMBANK];     /* 内存管理是否就绪 */
};

extern struct _m_mallco_dev mallco_dev; /* 在mallco.c里面定义 */

void my_mem_set(void *s, uint8_t c, uint32_t count); /* 设置内存 */
void my_mem_copy(void *des, void *src, uint32_t n);  /* 复制内存 */
void my_mem_init(uint8_t memx);                      /* 内存管理初始化函数(外/内部调用) */
uint32_t my_mem_malloc(uint8_t memx, uint32_t size); /* 内存分配(内部调用) */
uint8_t my_mem_free(uint8_t memx, uint32_t offset);  /* 内存释放(内部调用) */
uint16_t my_mem_perused(uint8_t memx);               /* 获得内存使用率(外/内部调用)  */

/* 用户调用函数 */
void myfree(uint8_t memx, void *ptr);                    /* 内存释放(外部调用) */
void *mymalloc(uint8_t memx, uint32_t size);             /* 内存分配(外部调用) */
void *myrealloc(uint8_t memx, void *ptr, uint32_t size); /* 重新分配内存(外部调用) */

void *lv_mymalloc(uint32_t size);
void lv_myfree(void *ptr);
void *lv_myrealloc(void *ptr, uint32_t size);
#endif

lv_conf.h 修改

找到MEMORY SETTINGS位置，

1. 将 LV_MEMCUSTOM宏定义修改为 1，即指定自定义内存分配管理方式
2. 将下图红框中的 malloc、free、realloc 修改成 malloc.c 文件中的 lv_mymalloc、lv_myfree、lv_myrealloc，并且将应用的头文件改为"malloc.h"。

测试

我这里测试的是 music 的 demo，是一个较大的 demo，我们可以通过修改 malloc.h 文件中的内存分配位置（下图所示），来管理分配给 lvgl 管理的内存，将其改为不同大小可以看到不同效果，那么就是管理成功了（由于此 demo 较大，则需要分配较大的内存，例如 200K 才能正常运行）。

main.c 调用

在 main 函数中调用 my_mem_init(SRAM);初始化即可（非必要）。

点击查看代码

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MPU Configuration--------------------------------------------------------*/
  MPU_Config();

  /* Enable the CPU Cache */

  /* Enable I-Cache---------------------------------------------------------*/
  SCB_EnableICache();

  /* Enable D-Cache---------------------------------------------------------*/
  SCB_EnableDCache();

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_FMC_Init();
  MX_LTDC_Init();
  MX_DMA2D_Init();
  MX_TIM1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  /****************** 初始化打印 ******************/
  Set_Current_USART(USART1_IDX);   // 设置当前使用的USART为USART1
  printf("SDRAM 初始化通过!\r\n"); // 打印SDRAM初始化成功信息
  /****************** 初始化操作 ******************/
  delay_init(480); // 初始化延时函数，参数为系统时钟频率MHz
  my_mem_init(SRAM);
  //  lcd_init();      // 初始化LCD显示控制器
  //  gtxxxx_init();   // 初始化触摸屏控制器 GTXXXX
  /* lvgl */
  btim_timx_int_init(2400 - 1, 100 - 1); // 基本定时器TIMX定时中断初始化，1ms中断一次
  lv_init();                             // 初始化LVGL库
  lv_port_disp_init();                   // 初始化LVGL显示端口
  lv_port_indev_init();                  // 初始化LVGL输入设备端口
  // lv_obj_t *switch_obj = lv_switch_create(lv_scr_act()); // 创建一个开关对象
  // lv_obj_set_size(switch_obj, 120, 60);                  // 设置开关对象的大小为120x60像素
  // lv_obj_align(switch_obj, LV_ALIGN_CENTER, 0, 0);       // 将开关对象对齐到屏幕中心
  /* demo */
  // lv_demo_stress();
  lv_demo_music();
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    // lcd_test();
    // gtxxxx_scan(); // 触摸屏扫描测试,带坐标返回
    /* lvgl */
    delay_ms(5);
    lv_timer_handler(); /* LVGL任务处理 */
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

MEM1_MAX_SIZE 修改为 40 * 1024 效果

可以看到，就只有白屏，因为仅仅初始化了 lcd 后，给 lvgl 后续的图片即控件什么的分配的内存不足，就只能显示白屏了。

MEM1_MAX_SIZE 修改为 200 * 1024 效果

200KB 分配的内存刚好，正常运行。

MEM1_MAX_SIZE 修改为 500 * 1024 效果

某些缓存内存不足，直接在初始化前就进入了内存错误中断，只能看到黑屏，甚至没有背光。

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