基于C*Core的動態內存分配方案與實現

2011-05-21 00:41:58路而紅王建新金華建

電子設計工程 2011年13期

錢丹，李飛，路而紅，王建新，金華建

（1.成都信息工程學院四川成都 610225；2.北京電子科技學院北京 100070；3.中國人民解放軍73022部隊浙江杭州 310024）

近年來，嵌入式技術已廣泛應用于家電、無線通信、電子商務平臺中[1]。基于嵌入式技術開發的各類電子產品核心部件（CPU）的國產化，符合我國信息安全的戰略利益，是我國廣大科研人員努力的必然方向。值得一提的是，2001年蘇州國芯公司吸收和優化了M*Core技術，形成了具有我國自主知識產權的C*Core技術，隨后，基于此技術的首款國產32位芯片CCM3118被推出[2]。然而，C*Core系統函數庫中自帶的動態內存分配函數在脫離Winsdows操作系統等情況下會失效，這給基于C*Core的內存動態開發帶來阻礙。筆者正是針對這一問題，提出一種基于C*Core的動態內存分配方案。

1 C*Core數據格式分析

以CCM3118芯片為例，其片內含2 kB ROM、64 kB SRAM，存儲器中整數型操作數格式是標準二進制補碼形式[3]，地址空間映射如圖1所示。

C*Core C指令系統中的操作數大小只可在兩處定義：1）在指令編碼中明確定義（裝載/存儲指令）；2）在指令操作中間接定義。一般地，指令作用在32位源操作數和生成32位結果。在本方案實現部分，存儲器默認采用大端（big-endian）方式存儲數據（如圖2所示），即字的最重要字節在地址低位。在寄存器中，一個字對應的數值是以第31位作為最重要位（如圖3所示），而0字節是最重要字節[4]。

圖1 內存地址空間映射Fig.1 Memory address mapping

圖2 內存數據組織Fig.2 Memory data organization

2 C*Core動態內存分配方案及實現

圖3 寄存器數據組織Fig.3 Register data organization

由圖1可知，C*Core系列芯片內存資源有限，在計算量較大的情況下，例如在利用CCM3118芯片做橢圓曲線密碼算法（ECC）實現計算中，倘若采用全局數組進行ECC底層算法計算實現[5]，芯片內存不能提供足夠資源，但采用本方案可有效解決此問題。此外嵌入式系統對整個系統的安全和穩定起著重要作用，故此程序的可靠與否關系著整個系統的安全運行，此方案的實現利用標準C*Core C語言編寫，可確保程序實現的可靠性與安全性。

2.1 方案基本原理

程序定義一個結構體實體Mem，如圖4所示，內含兩類無符號字符型數據成員list[m]、meb[n]，m、n大小自定。在編譯階段，Mem存儲空間被分配，相應地其數據成員被分配內存大小，共m+n個字節大小。

圖4 結構體Mem示意圖Fig.4 Mem schematic structure

將list[0]～list[m-1]作為管理列表，用來管理數據塊meb[0]～meb[n-1]。list[]中的每一項都為8位數據，其每一比特位1或0標識一個meb[]項的分配與否，如圖5所示。

圖5 管理列表對應數據塊示意圖Fig.5 The corresponding block diagram of a list about Management

例如，假定 list[]大小為 10，meb[]大小為 80，list[0]～list[9]管理meb[0]～meb[79]示意圖如圖6所示。動態內存分配時，程序通過list[]找到適宜的數據塊meb[k]，返回meb[k]首地址給用戶操作即可。已分配的meb[]對應list[]設置為1，表示忙，避免二次分配。分配了的內存不使用時，及時回收，以免造成內存浪費。

圖6 管理內存實例塊示意圖Fig.6 Example block diagram of memory management

2.2 方案實現部分

2.2.1 管理列表和內存塊分配

程序利用C*Core C語言實現，編譯器不能識別除C*Core C自帶以外的其他關鍵字。程序封裝一結構體，由方案原理可知，若管理列表list[]大小為10字節，數據數組meb[]大小為80字節。當定義一結構體實體Mem后，其內含的兩數據成員內存大小共90字節的存儲空間在編譯階段便得以分配。偽代碼如下所示：

定義結構體typedef struct

{

定義無符號字符型變量 list[10]；//假定管理大小為10個字節

定義無符號字符型變量 meb[80]；//假定數據塊大小為80個字節

}MEM；MEM Mem；//定義結構體實體，至此90個字節的內存被分配出來，其中80個位的管理機構（list[0]～list[7]）與80個字節的內存塊（meb[0]～meb[79]）

2.2.2 實現動態內存分配

程序核心部分源碼

INT8*Malloc（UINT8 Size）

{

UINT8 i，j，k；UINT8 Enter；

if（Size>MEM_COUNT||Size<1）

return'