CN112235206A - 一种基于单片机的环形缓冲队列数据接收机制 - Google Patents

一种基于单片机的环形缓冲队列数据接收机制 Download PDF

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刁瑞朋
周理想
王胜平
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Abstract

本发明公开了一种基于单片机的环形缓冲队列数据接收机制。基于单片机的技术开发中，对任务的内存占用和处理效率比较敏感。环形缓冲区能够实现不增加内存资源、不影响处理效率的情况下支持高速率通信。环形缓冲区就是一个带“头指针”和“尾指针”的数组，头指针指向环形缓冲区中可读的数据，在读取数据后，“头指针”加1，指向下一个待读取数据；尾指针指向环形缓冲区中可写的缓冲空间，当接收到新的数据，则将数据保存到环形缓冲区中，并将“尾指针”加1，指向下一个存储位置。如果“尾指针”超过数组大小，则“尾指针”重新指向数组的首元素，从而形成“环形缓冲区”。当系统处于数据接收状态时，应用程序一直从缓冲区读取数据并解析，直到接收到完整协议帧,见图I。本发明利用环形缓冲队列提高片内资源利用率，解决了高速率通信时丢字节的问题。

Description

一种基于单片机的环形缓冲队列数据接收机制
技术领域
本发明涉及一种使用环形缓冲队列实现高速通信的方法。
背景技术
串口作为常用的通讯方式，在嵌入式领域有着广泛的应用，通常使用的数据接收方式是，在中断函数里将接收到的数据直接作协议解析，操作简单、易理解。但是该处理方式只适用于低速率通信，在通信速率提高后，如2Mbps，会出现先前接收到的数据未处理完，而串口又接收到新的数据，导致字节丢失的问题。
如果用普通队列作缓存，虽然能起到一定的缓冲作用，但需要开辟足够大的空间，且已处理的数据仍然占用原有数据空间，直到清空后才能开始新一轮的接收，单片机有限的内存资源没有得到有效利用；如果处理完一个数据，就把剩余的数据往前移动一次，又会极大降低单片机处理效率。
发明内容
本发明是一种基于单片机的环形缓冲队列数据接收方案，在不过多占用单片机内存资源的前提下支持高速通信。
环形缓冲区就是一个带“头指针”和“尾指针”的数组。头指针指向环形缓冲区中可读的数据，应用程序依次读出并处理缓冲区的数据，在读取数据后，“头指针”加1，指向下一个待读取数据；尾指针指向环形缓冲区中可写的缓冲空间，由中断函数写入缓冲区数据，当接收到新的数据，则将数据保存到环形缓冲区中，并将“尾指针”加1，指向下一个存储位置。如果“尾指针”超过数组大小，则“尾指针”重新指向数组的首元素，从而形成“环形缓冲区”。整体框图见图1。
实现的原理：初始化的时候，队列头与队列尾都指向地址0，见图2。当有数据存储的时候，数据存储在地址0，而队列尾tail指向地址1，再有数据来的时候，存储数据到地址1，然后队列尾tail指向下一个地址2，即队列尾tail始终指向可以进行写数据的地址。
队列头head就是指向已经存储的数据，并且这个数据是待处理的。当数据要进行处理的时候，先处理地址0空间的数据，也就是队列头head指向的数据，处理完后地址0的存储被释放掉，队列头指向地址1。从而实现整个环形缓冲区的数据读写。如果队列处于满载状态，不再允许写入数据，见图3。
附图说明
图1：环形缓冲队列数据接收框图。
图2：环形缓冲队列空状态。
图3：环形缓冲队列满状态。
具体实施方式
详述具体实施方式如下：
定义一个结构体,包括缓冲区大小、缓冲区头部位置、缓冲区尾部位置、缓冲区数组。
定义一个空队列，头指针head和尾指针tail都是指向数组的元素0。如图2所示，此时是不允许读取数据的。
定义一个满队列，即尾指针tail加1等于头指针head。如图3所示，此时是不允许写入数据的，避免将已有数据覆盖掉。
如果处理的速度赶不上接收的速度，可以适当增大缓冲区的大小，具体增大多少，可由实际测试决定。

Claims (4)

1.一种基于单片机的环形缓冲队列数据接收机制。其特征在于：a、定义通信协议状态机。b、提高片内资源利用率。c、支持高速通信。
2.如权利要求1所述定义通信协议的帧结构：帧头部、帧长度、帧控制域、帧地址域、帧头校验、链路数据域、帧校验、帧尾。
3.如权利要求1所述环形队列在逻辑上将数组的首尾连接，形成一个存放队列的环形空间，并用指针或数组下标来指明数据读、写的位置。在数据写入的时候，另一边可以把数据读出来，而读出后留下的空位，又可以作为存储空间备用。相比普通队列数据接收，环形缓冲队列能够有效提高资源利用率。
4.如权利要求1所述在中断里将收到的数据写入环形缓冲区，显著提高接收数据的速度。接收的同时，应用程序一直从缓冲区中读出数据并作解析，直到接收到符合帧结构的报文，有效的解决了因通信速率过高导致的数据丢包问题。
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