實時單片機通訊網(wǎng)絡中的內(nèi)存管理

在AUTO 2000 DCS系統(tǒng)中，我們采用了單片機實時通訊網(wǎng)絡.這是一種具有不確定控制站監(jiān)控的主從式總線網(wǎng)絡.大致的工作過程是:網(wǎng)絡系統(tǒng)上電，各站點進行控制權(quán)爭奪確立控制站和非控制站；控制站輪詢各站點，被輪詢的站點若有數(shù)據(jù)發(fā)送即成為主站，執(zhí)行主機/從機的通訊；通訊結(jié)束后(無論成功與否)主站將控制權(quán)歸還給控制站；控制站然后輪詢下一個站點，周而復始?！?br />　　為了提高通訊效率，采取了一系列相應的措施.例如，我們把站點集分為活動站點集和非活動站點集.這樣，單片機網(wǎng)中如有某站點出現(xiàn)故障，該站點被控制站詢問時響應將超時，則該站點將從活動站點集轉(zhuǎn)到非活動站點集中.這樣，系統(tǒng)在下一次輪詢時就不再輪詢該站點.故障站點恢復正常后或有新的站點開機上線，控制站將在輪詢周期結(jié)束后的測試周期中將它們加入到活動站點集中.事實上，控制站輪詢的是活動站點，測試的是非活動站點.這無疑是一種提高網(wǎng)絡效率的方法。
　　另外還有一種更為重要的途徑即為本文將要介紹的動態(tài)內(nèi)存管理方法。DCS網(wǎng)絡系統(tǒng)所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一般有下述幾種：較長的周期性數(shù)據(jù)，較短的隨機上報數(shù)據(jù)及較短的命令/響應數(shù)據(jù)。對周期性數(shù)據(jù)，稍微的滯后甚至一兩次丟失都是允許的；而對隨機上報數(shù)據(jù)和命令/響應數(shù)據(jù)，則要求盡可能快地完成傳輸。在傳統(tǒng)的靜態(tài)內(nèi)存分配方式下，甲網(wǎng)卡接收到乙網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)后在上傳至宿主機前宣布內(nèi)存緩沖區(qū)滿而不能接收其它站點的數(shù)據(jù)。這顯然是對內(nèi)存資源的一種浪費，同時也嚴重影響了網(wǎng)絡的通訊效率。采用動態(tài)內(nèi)存分配方式后，甲網(wǎng)卡每收到一批數(shù)據(jù)，只從自己有限的空閑內(nèi)存中分配出合適的一塊來存放該批數(shù)據(jù)，剩下的空閑內(nèi)存仍可接收其它網(wǎng)卡的數(shù)據(jù)，并當宿主機有空時，將所有接收的數(shù)據(jù)一并上傳至宿主機并清空內(nèi)存。因此通訊效率大為提高。
1 內(nèi)存表結(jié)構(gòu)
　　為了對網(wǎng)卡上單片機內(nèi)存進行管理，設置了一張內(nèi)存狀況表(簡稱內(nèi)存表)來記錄當前內(nèi)存的使用情況。所謂內(nèi)存管理，實際上即為內(nèi)存的分配和回收，主要解決兩個問題：
　　(1) 對需要申請的內(nèi)存長度，分配程序需從內(nèi)存表中尋找出合適的空閑區(qū).分配給該批數(shù)據(jù)使用，并對內(nèi)存表進行更新。
　　(2) 進程或作業(yè)釋放內(nèi)存資源時，和相鄰的空閑區(qū)進行鏈接合并，更新可用表。
　　具體地，以某一基本容量(視系統(tǒng)通訊的數(shù)據(jù)量而定，在此為1K)對可用內(nèi)存區(qū)域(如0400H ～ 3FFFH)進行劃分和編號(1～15)，每一個實際的已分配內(nèi)存區(qū)和空閑內(nèi)存區(qū)在內(nèi)存表中占據(jù)一個表項位置，而每一表項結(jié)構(gòu)為：

這樣在某一時刻，可能有1～15個獨立的內(nèi)存區(qū)(空閑的或已分配的)。也就是說，可用內(nèi)存表表項的最大數(shù)目為15。但在某一時刻，卻可能只有1個區(qū)(如初始化后只有1個空閑內(nèi)存區(qū))。為了查找某時刻實際內(nèi)存的分配情況，我們設計了逆向搜索鏈，該鏈由內(nèi)存表項的后兩欄組成，如圖1所示。

該圖中，第15表項的結(jié)束塊號肯定為15，表示編號為15的內(nèi)存區(qū)域(3C00H～3FFFH)肯定是某個已分配區(qū)域(或空閑區(qū)域)的一部分。但該區(qū)域究竟有多大，要看第15表項的第3欄(塊數(shù))，設為5。這就表明其相鄰的上一區(qū)域的結(jié)束塊號為15減去5。然后查找內(nèi)存表的第10表項 ，可知其大小為8。接下來查找第2表項，得到其分配塊大小為2。從而可得該時刻內(nèi)存中實際分配3個區(qū)，大小分別為5，8，2。至于內(nèi)存表中的其它表項在該時刻是無用的。 運行初始化程序init_table后，內(nèi)存表的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，00C0H～00C2H和00F0H的地址用來存放表頭和表尾的標志，內(nèi)存表的主要內(nèi)容有15項，每一項3個欄目，每一個欄目占用一個實際內(nèi)存單元.初始化后的0400H到3FFFH的15K內(nèi)存均為空閑，故從終止塊號15逆推15塊，1～15塊均為空閑塊，即內(nèi)存表中只有一個內(nèi)存區(qū).在內(nèi)存表的結(jié)構(gòu)圖中反映為表中主要內(nèi)容的第15項的標志位為free, 內(nèi)存區(qū)的終止塊號為15，塊數(shù)為15，其它表項則是無用的。