CN114817090A - 低ram消耗mcu通信管理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低RAM消耗MCU通信管理方法及系统，其中，该管理方法包括：从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间；将缓存空间分割为若干连续的缓存片段；根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的缓存片段中；通过上述管理方法，可根据当前通信的消息的长短，分别为其分配大小不同的存储空间，从而采用软件来高效管理RAM中的消息缓冲区，大幅提升RAM资源的利用率，使其对RAM资源的要求降到最低。

Description

低RAM消耗MCU通信管理方法及系统

技术领域

本发明涉及MCU存储资源管理技术领域，尤其涉及一种低RAM消耗MCU通信管理方法及系统。

背景技术

通常MCU都是集成了FLASH和RAM等资源的，但是这些资源都很有限，如汽车电子中常用的S32K系列MCU，RAM资源最小只有20KB(S32K116)，最大也仅有256KB(S32K148)。在一些复杂应用场景以及大数据可靠通信的场合下(比如TBOX的大数据传输，关键信息的交互)，通常需要大RAM空间来缓存APP要发送的数据。对于MCU中的通信数据，如图5，业内通常采用按最大消息长度固定分配一定数量的数组Buffer，在有优先级需求和重发机制的可靠性通信中，还会为此分配更多的数组Buffer来管理各个消息，这些，对于其中一些短的消息，势必造成严重的RAM空间浪费。对此，低RAM空间的MCU通常无法满足复杂通信需求，而选用大RAM的MCU又意味着成本的大幅提升。因此，需要对MCU中的用于通信的RAM空间的管理进行改进。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题而提供一种可根据当前通信消息的长短动态分配存储空间以提高MCU中RAM空间利用率的低RAM消耗MCU通信管理方法及系统。

为了实现上述目的，本发明公开了一种低RAM消耗MCU通信管理方法，其包括：

从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间；

将所述缓存空间分割为若干连续的缓存片段；

根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的所述缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的所述缓存片段中。

较佳地，根据当前MCU中最大消息的数据长度定义所分割出的所述缓存片段的个数。

较佳地，采用链表对可用的所述缓存片段和当前要通信的消息进行管理。

较佳地，采用先进先出的机制设置消息队列。

较佳地，对当前要通信的消息进行缓存的方法还包括：

判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个所述缓存片段的长度，如果是，则选取所需数量的所述缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的所述缓存片段中，如果否，则，

将当前所述消息的数据存储在data字段的空间中。

本发明还公开一种低RAM消耗MCU通信管理系统，其包括空间开辟模块、分割模块和存储模块；

所述空间开辟模块，用于从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间；

所述分割模块，用于将所述缓存空间分割为若干连续的缓存片段；

所述存储模块，用于根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的所述缓存片段，并将当前要通信的消息的数据存储在所述动态选取模块所选的所述缓存片段中。

较佳地，所述分割模块，根据当前MCU中最大消息的数据长度定义所分割出的所述缓存片段的个数。

较佳地，还包括数据管理模块，所述数据管理模块采用链表对可用的所述缓存片段和当前要通信的消息进行管理。

较佳地，还包括消息队列管理模块，所述消息队列管理模块采用先进先出的机制设置消息队列。

较佳地，所述存储模块中还包括比较判断模块，所述比较判断模块用于判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个所述缓存片段的长度，如果是则将该消息中的数据存储在所选的所述缓存片段中，如果否，则，将当前所述消息的数据存储在data字段的空间中。

本发明还公开一种低RAM消耗MCU通信管理系统，其包括：

一个或多个处理器；

存储器；

以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的低RAM消耗MCU通信管理方法的指令。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的低RAM消耗MCU通信管理方法。

与现有技术相比，本发明RAM资源管理方法，从RAM中开辟出一缓存空间，并按指定的小单位将其分割为若干缓存片段，然后，根据实际要通信的消息的数据长度动态所需数量的所述缓存片段，由此，通过上述管理方法，可根据当前通信的消息的长短，分别为其分配大小不同的存储空间，从而采用软件来高效管理RAM中的消息缓冲区，大幅提升RAM资源的利用率，使其对RAM资源的要求降到最低。

附图说明

图1为本发明实施例中RAM资源管理方法流程图。

图2为本发明实施例中对缓存空间的分割示意图。

图3为本发明实施例中消息队列对消息条目的管理状态逻辑图。

图4为本发明实施例中应用层执行消息发送的处理流程图。

图5为现有技术中RAM资源使用状态图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本实施例公开了一种低RAM消耗MCU通信管理方法，以用于对MCU中用于通信数据存储的RAM资源进行高效管理，提高RAM资源的利用率，特别适合通信要求非常苛刻、通信数据量非常大的MCU。如图1，该管理方法包括：

S10：从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间；

S11：将缓存空间分割为若干连续的缓存片段；

S12：根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的缓存片段中。

具体地，如图2，从MCU的RAM空间中开辟出一段10K的缓存空间sMsgBuffer，该sMsgBuffer的最小分割长度BUFFER_SEG_SIZE为64字节，因此，每一个缓存片段bufferSeg的大小为64字节。如某一消息A的数据长度length为256个字节，那么只需从sMsgBuffer中取出四个bufferSeg，然后将该消息A中的数据存入其中，同时，如果另一消息B的数据长度length为128个字节，那么只需从sMsgBuffer中取出两个bufferSeg，然后将该消息B中的数据存入其中。由此可知，通过上述管理方法，可根据当前通信的消息的长短，分别为其分配大小不同的存储空间，从而采用软件来高效管理RAM中的消息缓冲区，大幅提升RAM资源的利用率，使其对RAM资源的要求降到最低。

另外需要说明的是，在分割缓存空间时，根据当前MCU中最大消息的数据长度定义所分割出的缓存片段的个数，从而确保最大的消息能分配到完整的空间(也即完整的bufferSeg)

为便于管理，本实施例中，采用链表(也称链表数据结构)对可用的缓存片段和当前要通信的消息进行管理。请再次参阅图2，在分割出的缓存空间sMsgBuffer中，具有空闲可用bufferSeg的起始索引sMsgBufferFree，且，每当空闲可用bufferSeg的个数发生变化时，sMsgBufferFree自动更新。另外，每个空闲可用bufferSeg中设置有指针sMsgBufferNext，通过该sMsgBufferNext，将可用的bufferSeg的索引通过数据链接起来。对进入消息队列中的消息来说，通常具有消息流水号、消息重发次数、消息的主要ID标识符、消息的次要ID标识符、消息优先级、消息数据的有效长度、消息的时间戳、消息数据部分占用bufferSeg的索引信息、以及用于指向下一个消息从而实现消息的链接的消息指针等固定域字段信息。为消息静态分配空间后，如图3，通过消息指针建立用于消息管理的链表数据结构。较佳地，本实施例中，采用先进先出的机制设置消息队列。

在上述实施例中，通过链表数据结构对RAM中的用于存放通信数据的缓存资源分段管理，并对消息队列进行优化管理。对于通信协议，都有消息的固定帧结构，有对应的命令id、消息长度length、消息的数据data和校验checksum等部分，一些更复杂的协议，可能还有消息流水号sn管理、消息重发次数resendCnt管理、优先级priority管理、以及时间戳tick管理等信息。而通常data部分(数据部分)随着消息的不同而长度有很大变化，可能是1个字节，也可能是1024字节等。因此，在本实施例中，将消息中的长度可变的data剥离出来，为其分配相应数量的可用bufferSeg。

进一步地，对当前要通信的消息进行缓存的方法还包括：

判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个缓存片段的长度，如果是，则选取所需数量的缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的缓存片段中，如果否，则将当前消息的数据存储在data字段的空间中。本实施例中，将数据长度不大于单个缓存片段的长度消息存储在data字段的空间中，进一步提升了MCU中RAM空间的利用率。

具体地，在软件设计中，为sMsgBuffer的资源分段管理设计的结构体实例如下：

#define BUFFER_SEG_SIZE 64；//buffer的最小分割长度

#define BUFFER_SEG_COUNT(10*1024/BUFFER_SEG_SIZE)；//根据最小分割长度可获取的最大连续存储数据

static uint8_t sMsgBufferFree；//空闲可用bufferSeg的起始索引

static uint8_t sMsgBufferCount；//空闲可用bufferSeg的数目

static uint8_t sMsgBufferNext[BUFFER_SEG_COUNT]；//将可用的bufferSeg的索引通过数据链接起来

static uint8_t sMsgBuffer[BUFFER_SEG_COUNT][BUFFER_SEG_SIZE]；//所有占用的RAM空间buffer

其次，对消息队列中消息元素的管理实例如下：

再者，通过消息队列，对可用的消息条目MSG_ITEM和正在使用的用于发送消息的MSG_ITEM进行队列管理，本实施例中的消息队列管理的结构体如下：

另外需要说明的是，在上述实例中，是针对复杂应用的一种消息队列定义。其中sMsgQueueFree是对空闲可用MSG_ITEM的队列管理，应用层要打包发送的消息，最先从此队列找到空闲的元素，然后填充消息对应的帧结构信息和数据信息，然后根据需要把此消息条目加入到发送队列中。如果特定消息有报文重发机制的要求，将此消息同步加入到重发队列中进行重发的相应管理。当消息发送完毕后，将此消息从发送队列中删除，并将MSG_ITEM重新释放到sMsgQueueFree队列中，并同步释放占用的bufferSeg等资源。

如图4，根据上述管理方法，应用层执行消息发送的处理流程如下：

S20：应用程序(如APP)请求发送通信消息；

S21：消息从sMsgQueueFree中获取一个MSG_ITEM，并更新sMsgQueueFree链表；

S22：填充MSG_ITEM的固定域字段，也即将标识符，时间戳等构成消息的固定帧结构信息填充在MSG_ITEM的固定域字段；

S23：比较判断该消息的数据长度length是否大于MSG_DATA_SEG_COUNT，也即判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个缓存片段的长度，如果是，则进入S24，如果否，则进入S25；

S24：从sMsgBufferFree中依次获取需要的bufferSeg索引，并更新sMsgBufferNext的索引；

S25：将消息的数据部分拷贝到MSG_ITEM的segData域；

S26：将消息的可变数据依次填充到获取的bufferSeg中；

S27：根据优先级需求将消息发送到指定的发送队列中；

S27：如果消息有重发机制需求，将消息同步更新到重发队列中。

综上，本发明公开了一种低RAM消耗MCU通信管理方法，按指定的小单位将从RAM中开辟出的一段缓存空间分割为若干连续的缓存片段。根据实际要通信的消息的长度，动态选择可用的缓存片段数目，并将实际的数据拷贝到使用的缓存片段中。另外，采用链表的方式对可用的缓存片段进行管理，并对实际要通信的消息进行链表管理，每个消息包含选用的缓存片段索引信息。为了实现消息的缓冲机制，采用先进先出的机制设置消息队列。当消息成功发送完毕后，将消息从消息队列中移除，并释放占用的缓存片段资源。由此，通过上述管理方法，有效提升RAM空间利用率，可将原本需要40K的RAM利用空间，缩小到12K空间内。

本发明另一较佳实施例中，还公开一种低RAM消耗MCU通信管理系统，其包括空间开辟模块、分割模块和存储模块。

空间开辟模块，用于从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间。

分割模块，用于将缓存空间分割为若干连续的缓存片段。分割模块，根据当前MCU中最大消息的数据长度定义所分割出的缓存片段的个数。

存储模块，用于根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的缓存片段，并将当前要通信的消息的数据存储在动态选取模块所选的缓存片段中。

进一步地，上述系统还包括数据管理模块和消息队列管理模块。该数据管理模块采用链表对可用的缓存片段和当前要通信的消息进行管理。消息队列管理模块采用先进先出的机制设置消息队列。

另外，存储模块中还包括比较判断模块，比较判断模块用于判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个缓存片段的长度，如果是则将该消息中的数据存储在所选的缓存片段中，如果否，则，将当前消息的数据存储在data字段的空间中。

在此需要说明的是，本实施例中的RAM资源管理系统的工作原理和工作过程详见上述RAM资源管理方法，在此不再赘述。

本发明还公开另一种低RAM消耗MCU通信管理系统，其包括一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的管理方法的指令。处理器可以采用通用的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、微处理器，应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者一个或多个集成电路，用于执行相关程序，以实现本申请实施例的管理系统中的模块所需执行的功能，或者执行本申请方法实施例的RAM资源管理方法。

本发明还公开一种计算机可读存储介质，其包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如上所述的管理方法。该计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。该可用介质可以是只读存储器(read-onlymemory，ROM)，或随机存取存储器(randomaccess memory，RAM)，或磁性介质，例如，软盘、硬盘、磁带、磁碟、或光介质，例如，数字通用光盘(digital versatile disc，DVD)、或者半导体介质，例如，固态硬盘(solid statedisk，SSD)等。

本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该电子设备执行上管理方法。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种低RAM消耗MCU通信管理方法，其特征在于，包括：

从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间；

将所述缓存空间分割为若干连续的缓存片段；

根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的所述缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的所述缓存片段中。

2.根据权利要求1所述的低RAM消耗MCU通信管理方法，其特征在于，根据当前MCU中最大消息的数据长度定义所分割出的所述缓存片段的个数。

3.根据权利要求1所述的低RAM消耗MCU通信管理方法，其特征在于，采用链表对可用的所述缓存片段和当前要通信的消息进行管理。

4.根据权利要求3所述的低RAM消耗MCU通信管理方法，其特征在于，采用先进先出的机制设置消息队列。

5.根据权利要求1所述的低RAM消耗MCU通信管理方法，其特征在于，对当前要通信的消息进行缓存的方法还包括：

判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个所述缓存片段的长度，如果是，则选取所需数量的所述缓存片段，并将该消息中的数据存储在所选的所述缓存片段中，如果否，则，

将当前所述消息的数据存储在data字段的空间中。

6.一种低RAM消耗MCU通信管理系统，其特征在于，包括空间开辟模块、分割模块和存储模块；

所述空间开辟模块，用于从MCU的RAM中开辟出一段用于存储消息的缓存空间；

所述分割模块，用于将所述缓存空间分割为若干连续的缓存片段；

所述存储模块，用于根据当前要通信的消息的数据长度动态选取所需数量的所述缓存片段，并将当前要通信的消息的数据存储在所述动态选取模块所选的所述缓存片段中。

7.根据权利要求6所述的低RAM消耗MCU通信管理系统，其特征在于，所述分割模块，根据当前MCU中最大消息的数据长度定义所分割出的所述缓存片段的个数。

8.根据权利要求6所述的低RAM消耗MCU通信管理系统，其特征在于，还包括数据管理模块，所述数据管理模块采用链表对可用的所述缓存片段和当前要通信的消息进行管理。

9.根据权利要求8所述的低RAM消耗MCU通信管理系统，其特征在于，还包括消息队列管理模块，所述消息队列管理模块采用先进先出的机制设置消息队列。

10.根据权利要求6所述的低RAM消耗MCU通信管理系统，其特征在于，所述存储模块中还包括比较判断模块，所述比较判断模块用于判断当前所要通信的消息的数据长度是否大于单个所述缓存片段的长度，如果是则将该消息中的数据存储在所选的所述缓存片段中，如果否，则，将当前所述消息的数据存储在data字段的空间中。

11.一种低RAM消耗MCU通信管理系统，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储器；

以及一个或多个程序，其中一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1至5任一项所述的低RAM消耗MCU通信管理方法的指令。

12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序可被处理器执行以完成如权利要求1至5任一项所述的低RAM消耗MCU通信管理方法。

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