佇列的概念

在此之前，我們來回顧一下佇列的基本概念：

佇列 (Queue)：是一種先進先出(First In First Out ,簡稱 FIFO)的線性表，只允許在一端插入（入隊），在另一端進行刪除（出隊）。

佇列的特點

類似售票排隊視窗，先到的人看到能先買到票，然後先走，後來的人只能後買到票

佇列的常見兩種形式

  在計算機中，每個資訊都是儲存在儲存單元中的，比喻一下吧，上圖的一些小正方形格子就是一個個儲存單元，你可以理解為常見的陣列，存放我們一個個的資訊。

   當有大量資料的時候，我們不能儲存所有的資料，那麼計算機處理資料的時候，只能先處理先來的，那麼處理完後呢，就會把資料釋放掉，再處理下一個。那麼，已經處理的資料的記憶體就會被浪費掉。因為後來的資料只能往後排隊，如過要將剩餘的資料都往前移動一次，那麼效率就會低下了，肯定不現實，所以，環形佇列就出現了。

  它的佇列就是一個環，它避免了普通佇列的缺點，就是有點難理解而已，其實它就是一個佇列，一樣有佇列頭，佇列尾，一樣是先進先出（FIFO）。我們採用順時針的方式來對佇列進行排序。

佇列頭 (Head) :允許進行刪除的一端稱為隊首。

佇列尾 (Tail) :允許進行插入的一端稱為隊尾。

  環形佇列的實現：在計算機中，也是沒有環形的記憶體的，只不過是我們將順序的記憶體處理過，讓某一段記憶體形成環形，使他們首尾相連，簡單來說，這其實就是一個數組，只不過有兩個指標，一個指向列隊頭，一個指向列隊尾。指向列隊頭的指標(Head)是緩衝區可讀的資料，指向列隊尾的指標(Tail)是緩衝區可寫的資料，通過移動這兩個指標

 實現的原理：初始化的時候，列隊頭與列隊尾都指向0，當有資料儲存的時候，資料儲存在‘0’的地址空間，列隊尾指向下一個可以儲存資料的地方‘1’，再有資料來的時候，儲存資料到地址‘1’，然後佇列尾指向下一個地址‘2’。當資料要進行處理的時候，肯定是先處理‘0’空間的資料，也就是列隊頭的資料，處理完了資料，‘0’地址空間的資料進行釋放掉，列隊頭指向下一個可以處理資料的地址‘1’。從而實現整個環形緩衝區的資料讀寫。

  看圖，佇列頭就是指向已經儲存的資料，並且這個資料是待處理的。下一個

如果你懂了環形佇列，那就跟著歌曲來一步步用程式碼實現吧：

  串列埠環形緩衝區收發：在很多入門級教程中，我們知道的串列埠收發都是：接收一個數據，觸發中斷，然後把資料發回來。這種處理方式是沒有緩衝的，當數量太大的時候，亦或者當資料接收太快的時候，我們來不及處理已經收到的資料，那麼，當再次收到資料的時候，就會將之前還未處理的資料覆蓋掉。那麼就會出現丟包的現象了，對我們的程式是一個致命的創傷。

  那麼如何避免這種情況的發生呢，很顯然，上面說的一些佇列的特性很容易幫我們實現我們需要的情況。將接受的資料快取一下，讓處理的速度有些許緩衝，使得處理的速度趕得上接收的速度，上面又已經分析了普通佇列與環形佇列的優劣了，那麼我們肯定是用環形佇列來進行實現了。下面就是程式碼的實現：

①定義一個結構體：

1typedef struct
2{
3    u16 Head;           
4    u16 Tail;
5    u16 Lenght;
6    u8 Ring_Buff[RINGBUFF_LEN];
7}RingBuff_t;
8RingBuff_t ringBuff;//建立一個ringBuff的緩衝區

②初始化結構體相關資訊：使得我們的環形緩衝區是頭尾相連的，並且裡面沒有資料，也就是空的佇列。

 1/**
 2* @brief  RingBuff_Init
 3* @param  void
 4* @return void
 5* @author 傑傑
 6* @date   2018
 7* @version v1.0
 8* @note   初始化環形緩衝區
 9*/
10void RingBuff_Init(void)
11{
12   //初始化相關資訊
13   ringBuff.Head = 0;
14   ringBuff.Tail = 0;
15   ringBuff.Lenght = 0;
16}

初始化效果如下：

寫入環形緩衝區的程式碼實現：

 1/**
 2* @brief  Write_RingBuff
 3* @param  u8 data
 4* @return FLASE:環形緩衝區已滿，寫入失敗;TRUE:寫入成功
 5* @author 傑傑
 6* @date   2018
 7* @version v1.0
 8* @note   往環形緩衝區寫入u8型別的資料
 9*/
10u8 Write_RingBuff(u8 data)
11{
12   if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判斷緩衝區是否已滿
13    {
14      return FLASE;
15    }
16    ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Tail]=data;
17//    ringBuff.Tail++;
18    ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法訪問
19    ringBuff.Lenght++;
20    return TRUE;
21}

讀取緩衝區的資料的程式碼實現：

 1/**
 2* @brief  Read_RingBuff
 3* @param  u8 *rData，用於儲存讀取的資料
 4* @return FLASE:環形緩衝區沒有資料，讀取失敗;TRUE:讀取成功
 5* @author 傑傑
 6* @date   2018
 7* @version v1.0
 8* @note   從環形緩衝區讀取一個u8型別的資料
 9*/
10u8 Read_RingBuff(u8 *rData)
11{
12   if(ringBuff.Lenght == 0)//判斷非空
13    {
14       return FLASE;
15    }
16   *rData = ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Head];//先進先出FIFO，從緩衝區頭出
17//   ringBuff.Head++;
18   ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法訪問
19   ringBuff.Lenght--;
20   return TRUE;
21}

對於讀寫操作需要注意的地方有兩個：

1：判斷佇列是否為空或者滿，如果空的話，是不允許讀取資料的，返回FLASE。如果是滿的話，也是不允許寫入資料的，避免將已有資料覆蓋掉。那麼如果處理的速度趕不上接收的速度，可以適當增大緩衝區的大小，用空間換取時間。

2：防止指標越界非法訪問，程式有說明，需要使用者對整個緩衝區的大小進行把握。

那麼在串列埠接收函式中：

1void USART1_IRQHandler(void)   
2{
3   if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中斷
4                   {
5           USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);       //清楚標誌位
6           Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1));      //讀取接收到的資料
7       }
8}

測試資料沒有發生丟包現象

  對於現在的階段，傑傑我本人寫程式碼也慢慢學會規範了。所有的程式碼片段均使用了可讀性很強的，還有可移植性也很強的。我使用了巨集定義來決定是否開啟環形緩衝區的方式來收發資料，移植到大家的程式碼並不會有其他副作用，只需要開啟巨集定義即可使用了。

 1#define USER_RINGBUFF  1  //使用環形緩衝區形式接收資料
 2#if  USER_RINGBUFF
 3/**如果使用環形緩衝形式接收串列埠資料***/
 4#define  RINGBUFF_LEN          200     //定義最大接收位元組數 200
 5#define  FLASE   1 
 6#define  TRUE    0 
 7void RingBuff_Init(void);
 8u8 Write_RingBuff(u8 data);
 9u8 Read_RingBuff(u8 *rData);
10#endif

    當然，我們完全可以用空閒中斷與DMA傳輸，效率更高，但是某些微控制器沒有空閒中斷與DMA，那麼這種環形緩衝區的作用就很大了，並且移植簡便。

說明：文章部分截圖來源慕課網james_yuan老師的課程

小編：CK

歡迎大家一起來討論stm32相關的知識

我們的群號是：783234154

創客：

創客飛夢空間是開源公眾號

歡迎大家分享出去

也歡迎大家投稿