TCP/IP 堆栈网络缓冲区分配方案
及其对简单性、CPU 负载和吞吐量性能的影响

网络数据缓冲区

发送到网络或从网络接收的数据放置于 网络缓冲区。 网络缓冲区描述符保存有关网络缓冲区的 信息。 描述符是预先分配的，网络缓冲区 则根据需要进行分配。

描述符的总数由 ipconfigNUM_NETWORK_BUFFER_DESCRIPTORS 设置， 该常量位于 FreeRTOSIPConfig.h 中。 预先分配描述符使 应用程序编写者得以限制 能同时存在的网络缓冲区的 最大数量，以防止内存耗尽。

不同的缓冲区 分配方案适合不同的嵌入式应用程序。 因此 FreeRTOS-Plus-TCP 保留缓冲区分配方案，作为 TCP/IP 堆栈可移植层的一部分。 在写入时，将提供两个示例缓冲区 分配方案，两个方案在简单性、 RAM 使用效率和性能上都有不同的权衡。 本页详细介绍了 这两个方案。

实现缓冲区分配方案的 C 源文件位于 FreeRTOS-Plus/FreeRTOS_Plus_TCP/portable/BufferManagement 目录中。 一次只能使用一个方案。

缓冲区分配方案

方案 1： 由 BufferAllocation_1.c 实现

说明	以太网缓冲区 由嵌入式以太网外设驱动器静态分配（在编译时）。 这确保缓冲区可以按照 特定以太网硬件的要求进行对齐。 BufferAllocation_1.c 调用 vNetworkInterfaceAllocateRAMToBuffers() 函数， 该函数必须由外围驱动程序提供。 详细说明此函数要求的信息 在 《必须由端口层提供的函数》一章 （位于“嵌入式以太网驱动器移植” 文档页面上）可以找到。
属性	运行时性能高。 以太网缓冲区可从 中断分配和释放，让嵌入式 以太网外设驱动程序变得更加高效。 RAM 使用效率低——所有缓冲区都 大小相同，使的 BufferAllocation_1.c 不适合 某些 RAM 受限的嵌入式系统。 与 由 BufferAllocation_2 实现的方案相比，此方案在配置和调整上更复杂。 更容易实现 嵌入式以太网 外设 DMA 提出的任何特殊的缓冲区对齐要求。 需要网络接口驱动程序的支持 （请参阅上文的要点说明部分）。
用法	ipconfigNUM_NETWORK_BUFFER_DESCRIPTORS 常数（在 FreeRTOSIPConfig.h 中） 定义描述符的总数和 缓冲区总数。 ipconfigNETWORK_MTU constant（在 FreeRTOSIPConfig.h 中定义） 定义了每个以太网缓冲区的大小 （以太网帧的总大小就是所定义的 MTU 大小加上 以太网标头所需的字节数）。

方案 2： 由 BufferAllocation_2.c 实现

说明	根据需要，动态分配和释放以太网缓冲区的大小 。 这 需要不受碎片化影响的 快速内存分配方案——建议在当时或写入时 使用 heap_4.c 或 heap_5.c 。
属性	非常容易使用。 与由 BufferAllocation_1.c 实现的方案相比， 动态分配导致运行时性能更低 。 不能从中断中分配和释放以太网缓冲区， 必须在嵌入式以太网外设驱动器中使用 延迟中断处理任务 。 RAM 使用效率很高——精确分配所需的 RAM 大小，使得 BufferAllocation_2.c 特别适合 RAM 受限的小型嵌入式 系统而打造。
用法	以太网缓冲区从 FreeRTOS 堆中分配。 为了避免 内存碎片化问题，BufferAllocation_2.c 只有与 结合了堆内存空闲块的方案 （合并算法）一起使用才可靠。 在 heap_4.c 中实现 FreeRTOS 内存分配 方案是合适的。 如果标准库的 malloc() 和 free() 能够处理碎片， 那么也可以使用在 heap_3.c 中实现的内存分配方案。 由于堆内存太少，TCP/IP 堆栈会在尝试分配 网络缓冲区 失败后恢复，然而，由于使用了 标准堆实现，这样的失败将导致 内存分配失败钩子被调用（如果 configUSE_MALLOC_FAILED_HOOK 在 FreeRTOSConfig.h 中设置为 1）。