錢 丹， 李 飛， 路而紅 ，王建新， 金華建

（1.成都信息工程學(xué)院 四川 成都 610225；2.北京電子科技學(xué)院 北京 100070；3.中國人民解放軍73022部隊(duì) 浙江 杭州 310024）

近年來，嵌入式技術(shù)已廣泛應(yīng)用于家電、無線通信、電子商務(wù)平臺(tái)中[1]?；谇度胧郊夹g(shù)開發(fā)的各類電子產(chǎn)品核心部件（CPU）的國產(chǎn)化，符合我國信息安全的戰(zhàn)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(yōu)化了M*Core技術(shù)，形成了具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的C*Core技術(shù)，隨后，基于此技術(shù)的首款國產(chǎn)32位芯片CCM3118被推出[2]。然而，C*Core系統(tǒng)函數(shù)庫中自帶的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配函數(shù)在脫離Winsdows操作系統(tǒng)等情況下會(huì)失效，這給基于C*Core的內(nèi)存動(dòng)態(tài)開發(fā)帶來阻礙。筆者正是針對(duì)這一問題，提出一種基于C*Core的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方案。

1 C*Core數(shù)據(jù)格式分析

以CCM3118芯片為例，其片內(nèi)含2 kB ROM、64 kB SRAM，存儲(chǔ)器中整數(shù)型操作數(shù)格式是標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制補(bǔ)碼形式[3]，地址空間映射如圖1所示。

C*Core C指令系統(tǒng)中的操作數(shù)大小只可在兩處定義：1）在指令編碼中明確定義（裝載/存儲(chǔ)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(shù)和生成32位結(jié)果。在本方案實(shí)現(xiàn)部分，存儲(chǔ)器默認(rèn)采用大端（big-endian）方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù) （如圖2所示），即字的最重要字節(jié)在地址低位。在寄存器中，一個(gè)字對(duì)應(yīng)的數(shù)值是以第31位作為最重要位（如圖3所示），而0字節(jié)是最重要字節(jié)[4]。

圖1 內(nèi)存地址空間映射Fig.1 Memory address mapping

圖2 內(nèi)存數(shù)據(jù)組織Fig.2 Memory data organization

2 C*Core動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方案及實(shí)現(xiàn)

圖3 寄存器數(shù)據(jù)組織Fig.3 Register data organization

由圖1可知，C*Core系列芯片內(nèi)存資源有限，在計(jì)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(shí)現(xiàn)計(jì)算中，倘若采用全局?jǐn)?shù)組進(jìn)行ECC底層算法計(jì)算實(shí)現(xiàn)[5]，芯片內(nèi)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(tǒng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定起著重要作用，故此程序的可靠與否關(guān)系著整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，此方案的實(shí)現(xiàn)利用標(biāo)準(zhǔn)C*Core C語言編寫，可確保程序?qū)崿F(xiàn)的可靠性與安全性。

2.1 方案基本原理

程序定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體實(shí)體Mem，如圖4所示，內(nèi)含兩類無符號(hào)字符型數(shù)據(jù)成員list[m]、meb[n]，m、n大小自定。在編譯階段，Mem存儲(chǔ)空間被分配，相應(yīng)地其數(shù)據(jù)成員被分配內(nèi)存大小，共m+n個(gè)字節(jié)大小。

圖4 結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)塊meb[0]～meb[n-1]。list[]中的每一項(xiàng)都為8位數(shù)據(jù)，其每一比特位1或0標(biāo)識(shí)一個(gè)meb[]項(xiàng)的分配與否，如圖5所示。

圖5 管理列表對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)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(dòng)態(tài)內(nèi)存分配時(shí)，程序通過list[]找到適宜的數(shù)據(jù)塊meb[k]，返回meb[k]首地址給用戶操作即可。已分配的meb[]對(duì)應(yīng)list[]設(shè)置為1，表示忙，避免二次分配。分配了的內(nèi)存不使用時(shí)，及時(shí)回收，以免造成內(nèi)存浪費(fèi)。

圖6 管理內(nèi)存實(shí)例塊示意圖Fig.6 Example block diagram of memory management

2.2 方案實(shí)現(xiàn)部分

2.2.1 管理列表和內(nèi)存塊分配

程序利用C*Core C語言實(shí)現(xiàn)，編譯器不能識(shí)別除C*Core C自帶以外的其他關(guān)鍵字。程序封裝一結(jié)構(gòu)體，由方案原理可知，若管理列表list[]大小為10字節(jié)，數(shù)據(jù)數(shù)組meb[]大小為80字節(jié)。當(dāng)定義一結(jié)構(gòu)體實(shí)體Mem后，其內(nèi)含的兩數(shù)據(jù)成員內(nèi)存大小共90字節(jié)的存儲(chǔ)空間在編譯階段便得以分配。偽代碼如下所示：

定義結(jié)構(gòu)體typedef struct

{

定義無符號(hào)字符型變量 list[10]；//假定管理大小為10個(gè)字節(jié)

定義無符號(hào)字符型變量 meb[80]；//假定數(shù)據(jù)塊大小為80個(gè)字節(jié)

}MEM；MEM Mem；//定義結(jié)構(gòu)體實(shí)體，至此90個(gè)字節(jié)的內(nèi)存被分配出來，其中80個(gè)位的管理機(jī)構(gòu)（list[0]～list[7]）與80個(gè)字節(jié)的內(nèi)存塊（meb[0]～meb[79]）

2.2.2 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)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'

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