Важные нюансы конфигурации ресурсов и управления памятью в системах встраиваемых вычислений

這篇文章的主題比較瑣碎，我們將一同探討幾個在嵌入式系統中，有關硬體資源配置要留意的細節。 現在要令一個無號整數變數為 0，寫法如下： unsigned int zero = 0; 這個 0 代表所有位元都是 0，也就是 0000 0000 0000 0000，那如果要寫出它的補數（也就是位元通通反轉），可以怎麼寫呢？ 補數不就是 1111 1111 1111 1111，而每個 1111 都是十六進制的 F，那這樣寫不就得了？ unsigned int compzero = 0xFFFF; 看起來很合理，對吧？然而，這是在 16 位元的電腦有效，同樣的 compzero 如果放到 32 位元、甚至 64 位元的電腦上，會變成什麼呢？ 32 位元電腦： 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 = 0x 0 0 0 0 F F F F 64 位元電腦： 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 1111 1111 1111 1111 = 0x 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 F F F F 但期待的數值其實是不管多少位元，通通都要變成 1，而不是前面還補上了 0。 直接用指定數量的 F 寫死會導致該數隨電腦位元數不同而改變其代表的值，因此最好的方法應該是直接說要反轉這個 0 的每個位元，如下： unsigned int compzero = ~0; 這個 compzero 不管放在多少位元的電腦上，都代表 0 的補數，也就是每個位元都是 1。 在嵌入式系統中，偶有從堆積（heap）中動態分發記憶體的可能，但這些操作可能引發下列三種問題： 包含「外碎片（external fragmentation）」與「內碎片（internal fragmentation）」。 外碎片指的是空閒的記憶體零碎而不連續，例如以下記憶體空間： 已被佔用打 X： XX XXX X XX 記憶體空間 ：____ ____ ____ ____ 上面的記憶體空間共有 16 個單位、其中 8 個被佔用，表面上還有另外 8 個單位可以用。 然而，如果有某項工作要求配置 5 個單位的連續的記憶體空間，在這個範例中是找不到對應資源的，因為連續的空閒記憶體最長只有 3 個單位。 內碎片指的是已被使用的記憶體空間浪費，例如系統為某項工作配置 4 個單位的記憶體空間，但實際上只要用到 1 單位，那多出來的 3 個單位就是內碎片。 V <- 實際上只用到一個單位，剩下三個浪費掉的稱為內碎片 ____ <- 一共配置四個單位的記憶體空間給某項工作 講的是給某變數用 malloc() 配置記憶體空間後，未在使用完畢、不再需要用到該變數時用 free() 把記憶體空間釋放出來，造成可用的記憶體空間逐漸減少，稱為「記憶體洩漏（memory leak）」問題。 在比較高階的語言會有「垃圾回收」機制，由系統自己尋找不再使用的變數、把其佔據的空間收回來。 這樣做的好處是不用手動做 free()，但垃圾回收時機並不可測，可能導致短暫的停頓或延遲，造成系統不穩定。例如無人機飛行時，如果在某個不可預期的時間點進行垃圾回收，就會有一小段時間出現無人機無法處理飛行任務，造成飛行不穩定、甚至墜毀。