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分享一款基于C語言實現的FIFO模塊:xqueue.

strongerHuang ? 來源:電子電路開發學習 ? 2023-04-26 09:21 ? 次閱讀

FIFO在嵌入式應用的非常廣泛,可以說有數據收發的地方,基本就有FIFO的存在,今天給大家分享一款基于C語言實現的FIFO模塊:xqueue.

1. 為什么需要FIFO

FIFO 是First-In First-Out的縮寫,它是一個具有先入先出特點的緩沖區。

可以理解成一個大的水池,水對應數據,注水速度對應數據輸入的頻率,放水速度對應數據處理的速度,當注水速度和放水速度相同時,我們不需要使用水池來緩沖,但是當注水速度大于放水速度,或者注水速度突然變大時(突發),為了保證水池不溢出(數據不丟失),就需要水池(緩沖區)來處理這種突發情況,并設置合理大小的水池空間(FIFO的深度)。

2c92f226-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

或者為了降低CPU負擔,提高數據處理效率,可以在積累到一定的數據量之后,再一次性處理。

FPGA中,FIFO一般是使用RAM存儲器作為緩沖區,可以分為同步FIFO或異步FIO,一般用于數據緩沖,或者不同時鐘域之間的數據傳遞。

單片機中,一般是基于一維數組和結構體實現的循環隊列(Queue),或者叫環形隊列。

2ca0b5e6-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

FIFO的使用,既可以保證數據的完整性,還可以讓數據被及時的處理。

本文介紹,基于C語言的循環隊列緩沖區原理、設計與實現

2. FIFO的存取順序

定義一個一維數組當作存儲區,數組長度為6,再定義兩個讀寫指針變量。

初始化時,FIFO為空,讀寫指針相等,并都置為0。

2cb4a10a-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

寫入一個數據1之后,寫指針遞增,讀指針不變:

2cbf7076-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

再寫兩個數據2和3,寫指針遞增,讀指針不變:

2cc4c2c4-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

寫了三個數據之后,我們讀出一個數據1,寫指針不變,讀指針遞增:

2ccb611a-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

讀出一個數據2,再寫兩個數據4和5,讀寫指針變化:

2cd2b9a6-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

再寫一個數據6,此時超過數組長度,但是數組頭部還有空間,所以寫指針回到數組起始地址0:

2cd89a6a-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

再寫一個數據7,此時判斷FIFO滿:

2cdd6a54-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

可能會有朋友疑惑,不是還有一個空位置可以存放數據嗎?

2ce19304-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

如果再存入一個數據之后,讀寫指針相等,此時可以判斷是滿狀態嗎?

顯然是不能,因為當FIFO為空時,也是讀寫指針相等,所以這種情況就無法判斷滿和空。

這里就涉及到FIFO設計中,最重要的滿和空的判斷條件,需要遵循FIFO讀寫的兩個規則:

FIFO為空時,不能執行讀操作

FIFO為滿時,不能執行寫操作

為了避免這種情況發生,我們空出一個元素位置,寫指針指向的位置永遠為空,這樣就會有兩種滿的情況:

rd < wr

rd > wr

2ceb1a28-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

對于第一種情況,當(wr + 1) % FIFO_SIZE == rd時,可以認為FIFO滿,FIFO_SIZE是指數組長度;

對于第二種情況,當wr + 1 == rd時,可以認為FIFO滿。

以上兩種情況可以合并為一種,即(wr + 1) % FIFO_SIZE == rd時,判斷FIFO滿。

所以這種判斷方式,會犧牲一個存儲位置,實際可以存儲的元素個數為FIFO_SIZE-1。

同理,獲取當前FIFO內元素的個數,也可以分為兩種情況:

當wr > rd時, count = wr - rd

2cf41074-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

當wr < rd時,count = wr + FIFO_SIZE - rd

2cf8e4b4-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

3. FIFO的代碼實現

根據以上FIFO存取邏輯,我們可以使用一維數組來構造一個環形緩沖區,讀寫地址循環遞增,分別實現FIFO初始化、讀寫操作、判斷空滿、獲取元素個數等函數,并封裝成模塊。

xqueue.h

wKgZomRIfQaAVdsGAAFcEQkeVuE365.jpg

xqueue.c文件

wKgZomRIfTaABEjkAADzU1ybQp4533.jpg
wKgZomRIfUCAaydXAAEq1bzTgmQ594.jpg
wKgZomRIfWWAWLRcAAEdA4yGOjM469.jpg
wKgZomRIfW6AQum-AABMZf2AQeI026.jpg

實際應用:

wKgaomRIfZSAe036AABpNjyQcK4769.jpg
wKgZomRIfZyAfXHvAADiBJnf2UM605.jpg

運行結果:

2d01393e-e3be-11ed-ab56-dac502259ad0.jpg

循環隊列元素的數據類型,可以根據需要指定,也可以是結構體類型。






審核編輯:劉清

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原文標題:分享一款基于C語言實現的FIFO模塊

文章出處:【微信號:strongerHuang,微信公眾號:strongerHuang】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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