CN115203075B - 一种分布式动态映射缓存设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式动态映射缓存设计方法，通过设计一种新的结合静态、动态缓存结构，兼有静态缓存的简单直观、使用灵活以及动态缓存区节约空间的特点，增加了帧处理优先级以提高响应实时性，有效缓解了嵌入式领域资源紧张的RAM空间。包括：S1，读取输入帧数据描述信息，并将输入帧描述信息储存在静态帧数据描述列表；S2，处理待处理的输入帧，对静态帧数据表述列表储存的输入帧描述信息判断优先级；S3，检测静态帧数据描述列表内存储是否出现异常，在异常情况下将静态帧数据描述列表初始化；S4,根据静态帧数据描述列表中帧描述信息中的帧长度和帧数据存储在动态缓存区的地址，将端口接收的帧数据填入所映射的动态缓存区。

Description

一种分布式动态映射缓存设计方法

技术领域

本发明涉及通信数据缓存区技术领域，尤其是涉及一种分布式动态映射缓存设计方法。

背景技术

通信存在于包括且不限于嵌入式产品的方方面面，在通信底层任务中，数据的接收与发送，都离不开数据缓存区。尤其在嵌入式产品中，资源相对较少，由于RAM空间与CPU处理速度的限制，如何设计一个优秀的数据缓存区是保证产品稳定通信的前提。考虑到有限的RAM空间，通信时每帧数据的长度不一，以及程序如何简单的处理，根据通信时对通信报文的存储机制分为静态缓存区与动态缓存区两种，分别在处理不同类型的数据上具有优势。

静态缓存区，缓存区可存储帧数量固定，为每帧数据分配的空间固定，可一次性存储多帧数据。具有结构简单、调试方便、处理灵活等优点。但是由于在通信时，每帧数据长度可能不一样，在分配缓存空间时需按照最大帧长度分配，造成RAM空间资源浪费，更适用于通信帧长度差别不大的场景。

动态缓存区，传统的动态缓存区一般使用环形动态缓存空间，缓存区可存储帧数量不固定，只分配固定长度的RAM空间，接收到的帧数据按照顺序依次循环存储。具有空间利用率高的优点，对于帧长度差别大的应用场景具有良好的适应性。但是数据结构不够直观，使用不够灵活，调整处理优先级及判断异常算法复杂。

所以我们需要一种兼顾静态缓存区和动态缓存区优点的缓存结构，使结构既能像静态缓存一样简单直观、使用灵活，又能像动态缓存区节约空间。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现节约RAM空间且构造使用灵活的通信缓存数据结构的目的，本发明采用如下的技术方案：一种分布式动态映射缓存设计方法，包括如下步骤：

一种分布式动态映射缓存设计方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，提取端口接收的帧描述信息，赋予帧数据存储在动态缓存区的地址，并将帧描述信息和帧数据存储在动态缓存区的地址储存在静态帧数据描述列表，帧描述信息包括帧长度；

S2，处理待处理的帧，对静态帧数据描述列表内存储的帧描述信息判断优先级，高优先级的插队存储，低优先级、同等优先级在已存储数据后面依次存储；由于静态帧数据描述列表中有该帧数据存储在动态缓存区的地址、帧长度，即使将静态帧数据描述列表的帧描述信息重新排序，映射关系保持不变，仍然能够从动态缓存区中正确取出数据；

S3，检测静态帧数据描述列表中当前帧存储序号、当前帧处理序号和处理帧数量，判断静态帧数据描述列表是否出现异常，若发现异常可将静态帧数据描述列表初始化，或者遍历静态帧数据描述列表，按需将静态帧数据描述列表异常部分单独处理；

S4,根据静态帧数据描述列表中帧描述信息中的帧长度和帧数据存储在动态缓存区的地址，依照在静态帧数据描述列表已经按优先级排序后的顺序，将端口接收的帧数据填入所映射的动态缓存区。

进一步地，静态帧数据描述列表记录的信息包括：通信端口号，所述通信端口号用于区分当前缓存所对应通信端口号；待处理帧数量，所述待处理帧数量用于记录当前已存储列队的有效帧数量；当前帧存储序号，所述当前帧存储序号在每帧数据需要存储列队时，将存储在静态帧数据描述列表的位置指示；当前帧处理序号，所述当前帧处理序号在帧处理任务运行时，当前处理的数据在静态帧数据描述列表的位置指示；帧数据存储在动态缓存区的地址；帧描述列表，所述帧描述列表用于存储每帧数据记录的帧描述信息，便于帧处理时取出数据及状态置位。

进一步地，帧描述信息包括：

帧有效状态，所述帧有效状态用于指示当前帧是否为有效帧，帮助判断当前缓存是否出错；

帧长度/帧映射缓存首地址，所述帧长度/帧映射缓存首地址用于赋予当前帧数据存储在动态缓存区的地址；

处理优先级，所述处理优先级在新的一帧数据来临时，用于判断新的一帧数据放置位置，以区分不同优先级的数据处理先后顺序；处理优先级通过人工设置，满足在不同需要时改变优先级；

处理后延时，所述处理后延时指在本帧数据处理完成后，由于不可预知的原因需要等待时，将此延时时间赋值给处理任务延时，达到单帧数据区分延时的目的，若预设条件达成后需要立即结束延时，处理任务给出相应的接口可将任务延时立即清零。

进一步地，检测静态帧数据描述列表是否异常并处理的步骤包括：

W1，获取当前存储列队序号X1，获取当前处理队列序号X2，判断X1是否等于X2，如果等于转至W2；如果不等于转至W4；

W2，判断处理队列序号中帧是否有效，如果有效转至W4；如果无效转至W3；

W3表示初始化端口缓存；

W4表示结束检测任务。

进一步地，动态缓存区使用分布式动态缓存。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明将实际通信的帧数据放入分布式动态缓存区，可有效节约RAM空间的使用，而对于每帧数据设计的帧描述信息，直观灵活，易于调试使用，稳定可靠，可根据处理优先级任意排序而不影响实际帧数据的存储，缓存区状态易于查询读取；帧描述信息独立于帧动态缓存，对于不同的通信应用场景，可扩展其状态，以增加不同的功能；相较于传统的固定环形动态缓存结构，采用分布式的缓存空间设计方法，可增强该数据结构的不同场景下适应性。在总线紊乱大量数据冲击的情况下，设计的缓存异常检测任务可将其从错误状态及时恢复。

附图说明

图1是本发明静态帧数据描述列表映射动态缓存区示意图。

图2是本发明数据列队存储流程图。

图3是本发明数据帧处理任务流程图。

图4是本发明检测静态帧数据描述列表内存储是否异常并处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为了结合动态缓存区和动态缓存区的优点，实现有效节约RAM空间的使用，可根据处理优先级任意排序而不影响实际帧数据的存储，并且能在总线紊乱大量数据冲击的情况下从错误状态及时恢复，本发明设计了静态帧数据描述列表、动态缓存区和缓存异常检测任务。其中静态帧数据描述列表对于不同的通信应用场景，可扩展其状态，以增加不同的功能，动态缓存区由传统的固定环形动态缓存结构设计为分布式的缓存区。

如图1所示，一种分布式动态映射缓存设计方法，将帧描述信息填入静态帧数据描述列表，并将帧数据存储至所映射的动态缓存区包括以下步骤：

步骤一：将帧描述信息存储在静态帧数据描述列表中。在静态帧数据描述列表中记录以下信息：

通信端口号，所述通信端口号用于区分当前缓存所对应通信端口号；

待处理帧数量，所述待处理帧数量用于记录当前已存储列队的有效帧数量；

当前帧存储序号，所述当前帧存储序号在每帧数据需要存储列队时，将其存储在静态帧数据描述列表的位置指示；

当前帧处理序号，所述当前帧处理序号在帧处理任务运行时，当前处理的数据在静态帧数据描述列表的位置指示；

帧数据存储在动态缓存区的地址；

帧描述列表，所述帧描述列表用于存储每帧数据记录的帧描述信息，便于帧处理时取出数据及状态置位。

步骤二：判断输入帧的优先级。对于静态帧数据描述列表中的帧描述信息，判断优先级，高优先级的插队存储，低优先级或同等优先级在已存储数据后面依次存储。由于静态描述列表中有该帧数据的地址及长度，即使将静态描述列表的帧描述信息重新排序，仍然能够从动态缓存区中正确取出数据。其中帧描述信息包括：

帧有效状态，所述帧有效状态用于指示当前帧是否为有效帧，可帮助判断当前缓存是否出错，亦可扩展用于指示一些预处理信息。

帧长度/帧映射缓存首地址，所述帧长度/帧映射缓存首地址用于指示当前帧数据所在存储位置。

处理优先级，所述处理优先级在新的一帧数据来临时，用于判断其放置位置，以区分不同优先级的数据处理先后顺序。处理优先级可以进行设置，以便满足在不同需要时改变优先级。

处理后延时，所述处理后延时在本帧数据处理完成后，由于不可预知的原因需要等待时，将此延时时间赋值给处理任务延时，可达到单帧数据区分延时的目的。若某些条件达成后需要立即结束延时，处理任务给出相应的接口可将任务延时立即清零，以减少数据处理中多余的等待时间。

步骤三：根据静态帧数据描述列表中帧描述信息中的帧长度和帧数据存储在动态缓存区的地址，依照在静态帧数据描述列表已经按优先级排序后的顺序，将端口接收的帧数据填入所映射的动态缓存区。

如图2所示，一种分布式动态映射缓存设计方法，数据列队存储包括以下步骤：

步骤一：判断当前待处理帧数据是否超过限制，如果不超过转至步骤二，如果超过转至步骤六。

步骤二：获取当前存储缓存地址，获取当前存储列队序号，并转至步骤三。

步骤三：根据优先级计算存储列队序号，并转至步骤四。

步骤四：帧状态置位，包括当前列队序号标志置为有效优先级、帧长度、处理后延时时间、帧地址等数据置位，并转至步骤五。

步骤五：缓存数据，包括复制数据至动态缓存区、存储列队序号循环递增、buffer指针循环递增、待处理帧数据+1，并转至步骤七。

步骤六：丢弃数据，并转至步骤七。

步骤七：结束数据列队存储任务。

数据存储时，根据当前待存储数据的优先级以及已存储列队的数据优先级，按照高优先级先处理的原则，将数据插队排列，低优先级数据后移。

例如：当前已存储5帧数据，其优先级分别为：高高低低低，新接收一帧数据优先级为高，则排列后的顺序为：高高高低低低，新加入数据位于第三帧。优先级的用法可根据实际使用需要，设计多级优先级。

如图3所示，一种分布式动态映射缓存设计方法，数据帧处理任务包括以下步骤：

步骤一：判断任务处理延时是否已结束，如果已结束转至步骤二，如果未结束转至步骤八。

步骤二：判断待处理帧数是否大于0，如果大于0转至步骤三，如果不大于0转至步骤八。

步骤三：获取当前处理队列序号，并转至步骤四。

步骤四：获取帧状态，包括帧有效标志、帧长度、帧地址等数据获取，并转至步骤五。

步骤五：根据帧长度及地址取出帧数据进行处理，并转至步骤六。

步骤六：帧状态改变，包括待处理帧数-1，待处理队列序号循环+1，并转至步骤七。

步骤七：获取帧处理后延时，置位任务延时，并转至步骤八。

步骤八：结束数据帧处理任务。

如图4所示，一种分布式动态映射缓存设计方法，检测静态帧数据描述列表内存储是否异常并处理包括以下步骤：

步骤一：获取当前存储列队序号X1，获取当前处理队列序号X2，并转至步骤二。

步骤二：判断X1是否等于X2，如果等于转至步骤三，如果不等于转至步骤五。

步骤三：判断当前处理队列序号中帧是否有效，如果有效转至步骤五，如果无效转至步骤四。

步骤四：初始化端口缓存，并转至步骤五。

步骤五：结束缓存异常检测任务。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种分布式动态映射缓存设计方法，其特征在于包括如下步骤：

S1，提取端口接收的帧描述信息，赋予帧数据存储在动态缓存区的地址，并将帧描述信息和帧数据存储在动态缓存区的地址储存在静态帧数据描述列表，帧描述信息包括帧长度；

S2，处理待处理的帧，对静态帧数据描述列表内存储的帧描述信息判断优先级，高优先级的插队存储，低优先级、同等优先级在已存储数据后面依次存储；由于静态帧数据描述列表中有该帧数据存储在动态缓存区的地址、帧长度，即使将静态帧数据描述列表的帧描述信息重新排序，映射关系保持不变，仍然能够从动态缓存区中正确取出数据；

S3，检测静态帧数据描述列表中当前帧存储序号、当前帧处理序号和处理帧数量，判断静态帧数据描述列表是否出现异常，若发现异常将静态帧数据描述列表初始化，或者遍历静态帧数据描述列表，按需将静态帧数据描述列表异常部分单独处理；

S4,根据静态帧数据描述列表中帧描述信息中的帧长度和帧数据存储在动态缓存区的地址，依照在静态帧数据描述列表已经按优先级排序后的顺序，将端口接收的帧数据填入所映射的动态缓存区。

2.根据权利要求1所述的一种分布式动态映射缓存设计方法，其特征在于，所述S1中，静态帧数据描述列表记录的信息包括：通信端口号，所述通信端口号用于区分当前缓存所对应通信端口号；待处理帧数量，所述待处理帧数量用于记录当前已存储列队的有效帧数量；当前帧存储序号，所述当前帧存储序号在每帧数据需要存储列队时，将存储在静态帧数据描述列表的位置指示；当前帧处理序号，所述当前帧处理序号在帧处理任务运行时，当前处理的数据在静态帧数据描述列表的位置指示；帧数据存储在动态缓存区的地址；帧描述列表，所述帧描述列表用于存储每帧数据记录的帧描述信息，便于帧处理时取出数据及状态置位。

3.根据权利要求1所述的一种分布式动态映射缓存设计方法，其特征在于，所述S2中，帧描述信息包括：

帧有效状态，所述帧有效状态用于指示当前帧是否为有效帧，帮助判断当前缓存是否出错；

帧长度/帧映射缓存首地址，所述帧长度/帧映射缓存首地址用于赋予当前帧数据存储在动态缓存区的地址；

处理优先级，所述处理优先级在新的一帧数据来临时，用于判断新的一帧数据放置位置，以区分不同优先级的数据处理先后顺序；处理优先级通过人工设置，满足在不同需要时改变优先级；

处理后延时，所述处理后延时指在本帧数据处理完成后，由于不可预知的原因需要等待时，将此延时时间赋值给处理任务延时，达到单帧数据区分延时的目的，若预设条件达成后需要立即结束延时，处理任务给出相应的接口可将任务延时立即清零。

4.根据权利要求1所述的一种分布式动态映射缓存设计方法，其特征在于，所述S3中，检测静态帧数据描述列表是否异常并处理的步骤包括：

W1，获取当前存储列队序号X1，获取当前处理队列序号X2，判断X1是否等于X2，如果等于转至W2；如果不等于转至W4；

W2，判断处理队列序号中帧是否有效，如果有效转至W4；如果无效转至W3；

W3表示初始化端口缓存；

W4表示结束检测任务。

5.根据权利要求1所述的一种分布式动态映射缓存设计方法，其特征在于，所述S4中，动态缓存区使用分布式动态缓存。