环形缓冲区[队列]_我的嵌入式(软硬件)学习之路_百度空间

队列的介绍和利用环形队列实现STM32进阶之串口环形缓冲区的概述队列的概念
在此之前，我们来回顾一下队列的基本概念：队列(Queue)：是一种先进先出(First In First Out ,简称FIFO)的线性表，只允许在一端插入（入队），在另一端进行删除（出队）。

队列的特点
类似售票排队窗口，先到的人看到能先买到票，然后先走，后来的人只能后买到票
队列的常见两种形式
普通队列
在计算机中，每个信息都是存储在存储单元中的，比喻一下吧，上图的一些小正方形格子就是一个个存储单元，你可以理解为常见的数组，存放我们一个个的信息。

当有大量数据的时候，我们不能存储所有的数据，那么计算机处理数据的时候，只能先处理先来的，那么处理完后呢，就会把数据释放掉，再处理下一个。

那么，已经处理的数据的内存就会被浪费掉。

因为后来的数据只能往后排队，如过要将剩余的数据都往前移动一次，那么效率就会低下了，肯定不现实，所以，环形队列就出现了。

环形队列
它的队列就是一个环，它避免了普通队列的缺点，就是有点难理解而已，其实它就是一个队列，一样有队列头，队列尾，一样是先进先出（FIFO）。

我们采用顺时针的方式来对队列进行排序。

队列头 (Head) :允许进行删除的一端称为队首。

队列尾 (Tail) :允许进行插入的一端称为队尾。

环形队列的实现：在计算机中，也是没有环形的内存的，只不过是我们将顺序的内存处理。

linux 管道的环形buffer（缓冲区）实现原理标题：Linux管道的环形缓冲区（缓冲区）实现原理在Linux系统中，管道（Pipe）是一种常用的进程间通信方式，主要用于在父子进程之间或者同时运行的进程之间进行数据交换。

而在管道的实现中，环形缓冲区（Buffer）扮演了重要的角色。

本文将详细介绍Linux管道的环形缓冲区的实现原理。

一、环形缓冲区的概念环形缓冲区，也称为循环缓冲区，是一种数据结构，其特点是当数据写入或读取到达缓冲区的末端时，新的数据可以继续在缓冲区的开始处写入或读取，形成一个循环。

这种数据结构在管道、队列等场景中广泛应用。

二、Linux管道的环形缓冲区实现原理1. 缓冲区分配：Linux系统为管道分配一个环形缓冲区，大小由管道的大小参数决定。

缓冲区通常以字节为单位进行操作。

2. 数据传输：当一个进程通过管道向另一个进程发送数据时，数据首先被写入缓冲区。

进程间通过特定的系统调用（如read和write）进行数据传输，这些调用会检查缓冲区是否有可用的空间，如果有，则从缓冲区读取或写入数据；如果没有，则等待直到有空间可用。

3. 缓存溢出处理：为了避免数据丢失，当缓冲区已满时，新写入的数据会被丢弃。

Linux系统会根据一定的策略（如最近最少使用算法）来决定丢弃哪个数据。

同时，如果读进程无法从缓冲区读取数据，Linux系统会触发一个信号（信号处理函数通常会重置读指针并通知进程）通知读进程缓冲区已空。

4. 线程安全：Linux系统中的管道通常是由内核线程管理的，因此环形缓冲区的操作通常是线程安全的。

多个进程可以同时读写同一个管道，而不会出现数据竞争或冲突的情况。

5. 内存管理：环形缓冲区的内存通常由操作系统进行管理。

当一个进程不再需要使用一个环形缓冲区时，它应该将其释放以供其他进程使用。

三、环形缓冲区的优化为了提高性能和效率，Linux系统对环形缓冲区进行了许多优化：1. 缓存预取：当一个进程将要写入大量数据时，Linux系统会预先从磁盘读取缓冲区所需的数据，以减少磁盘I/O操作。

1. 引言在嵌入式开发中，stm32系列是非常常用的微控制器芯片之一。

在实际的项目开发中，串口通信是非常常见的需求，而串口环形缓冲区的开发在串口通信中也扮演着非常重要的角色。

本文将从实际应用的角度出发，介绍如何在stm32中开发串口环形缓冲区，并提供相应的实例代码，帮助读者更好理解和应用该技术。

2. 串口环形缓冲区概述在串口通信中，特别是在高速串口通信中，往往需要处理大量的数据。

而传统的串口接收方式往往会遇到数据丢失、溢出等问题。

为了解决这些问题，通常会采用串口环形缓冲区来缓存数据。

串口环形缓冲区可以很好解决数据处理不及时导致的数据丢失问题，并能够提高数据的处理效率。

3. stm32串口环形缓冲区的开发在stm32中，开发串口环形缓冲区的关键是要理解串口接收中断的机制，并结合环形缓冲区的原理来实现对接收数据的缓存和处理。

以下是一个简单的示例代码，用于说明如何在stm32中实现串口环形缓冲区。

```c#include "stm32f4xx.h"#define BUFFER_SIZE 100uint8_t buffer[BUFFER_SIZE];volatile uint8_t head = 0;volatile uint8_t tail = 0;void USART1_IRQHandler() {if(USART1->SR & USART_SR_RXNE) { buffer[head] = USART1->DR;head = (head + 1) % BUFFER_SIZE; }}int main() {// 初始化串口// ...// 使能串口接收中断USART1->CR1 |= USART_CR1_RXNEIE; NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);// ...while(1) {if(head != tail) {// 从缓冲区中读取数据并进行处理// ...tail = (tail + 1) % BUFFER_SIZE;}}}```4. 实例代码解析以上示例代码中，我们定义了一个长度为100的缓冲区buffer，并使用head和tail两个指针来分别指向缓冲区的头部和尾部。

环行队列的知识点总结一、环形队列的定义环形队列是一种特殊的队列，它采用循环数组的方式来实现。

环形队列和普通队列相比，能够更好地利用内存空间，减少内存的浪费。

二、环形队列的特点1. 采用循环数组存储数据，解决了普通队列在入队出队操作中浪费内存空间的问题；2. 使用两个指针来标识队头和队尾，实现循环队列的功能；3. 环形队列的长度固定，当队列满时，无法插入新的元素；4. 环形队列的插入和删除操作都具有较高的效率。

三、环形队列的基本操作1. 初始化：创建一个具有固定大小的环形队列，并初始化队头和队尾指针。

2. 入队操作：向队尾指针所指向的位置插入一个新的元素，并更新队尾指针。

3. 出队操作：删除队头指针所指向的元素，并更新队头指针。

4. 判空操作：当队列为空时，队头指针和队尾指针相等。

5. 判满操作：当队列满时，队尾指针的下一个位置等于队头指针。

四、环形队列的实现1. 环形队列可以采用数组来实现，同时需要两个指针来标识队头和队尾。

2. 入队操作：判断队列是否满，若满则无法插入新元素；若不满，则将新元素加入到队尾，并更新队尾指针。

3. 出队操作：判断队列是否空，若空则无法删除元素；若非空，则删除队头元素，并更新队头指针。

4. 注意循环数组的处理，当队尾指针到达数组的末尾时，需要将其指向数组的起始位置。

五、环形队列的应用1. 缓冲区：环形队列可以用于实现缓冲区，存储需要处理的数据。

2. 消息队列：在系统中，环形队列可以用作消息队列，实现进程间的通信。

3. 循环播放：在媒体播放器中，可以使用环形队列来实现音乐或视频的循环播放功能。

4. CPU调度：操作系统中可以使用环形队列来实现CPU的任务调度。

六、环形队列的优缺点1. 优点：能够更好地利用内存空间，减少内存的浪费；具有较高的效率和性能；2. 缺点：长度固定，无法动态扩展；插入和删除操作需要维护两个指针，实现稍复杂。

七、环形队列的应用场景1. 需要高效的队列数据结构；2. 内存空间有限，需要更好地利用内存；3. 需要循环存储数据的场合。

队列的使⽤思想--键盘缓冲区队列这种思想我想⼤家也⽐较熟悉，但是我们今天更深层次的探讨⼀下队列这种结构的⽤途。

只要会⼀些数据结构的⼈应该都熟悉队列，呵呵，这个在初学时总觉得⽐栈要公平些，先来后到嘛，呵呵，不开玩笑了，进⼊正题。

队列这种结构的特点：先进先出，FIFO,这种结构有什么应⽤呢？说的简单了就是谁先进来就优先处理谁。

那么再进⼀步，什么时候能⽤到队列这种思想呢？凡是具有上⾯这种特点的就能⽤到队列这种思想，呵呵，⼤家不要说我这说的是废话，上⾯这个特点的确是⽤途之处的总概括，⽐如我们说的⼆叉树的层序遍历，⼜⽐如我今天标题上写的键盘缓冲区的处理，这些都具有这个特点。

其实从逻辑上来说，栈和队列正好相对，这两个正好是反逻辑，凡是⽤到“顺序”的地⽅就可以⽤到队列的思想，⽽⽤到逆序的时候，那么就要考虑⽤栈。

键盘缓冲区只是队列的⼩⼩实现，并不困难，我不多讲，它⽤的就是当我们敲击键盘时，先敲⼊的肯定要先显⽰出来，也就是说。

先进先出。

我主要是想让⼤家能够认识⼀下怎么去确定⼀个正确的思路和使⽤⽅式，这个也是我在写程序时⾮常注重的地⽅。

我们学的结构应该为我们所⽤，但是要⽤好这些结构并不容易，因为我们不知道在什么时候⽤，在哪⾥⽤，这就像⼀个武林⾼⼿将武功传给⼀个不懂武功的⼈，这个⼈即便是能⼒深厚，但是不知道该怎么使⽤，我们很多⼈就处于这个阶段，东西都学了，就是不会使，呵呵，其实我也算是其中⼀员了，不过⼈有主观能动性嘛，我们将不断改进，因为这是我们成才的必经之路。

好了，我们⾔归正传，我这⾥介绍⼀下我的所想，也就是说我们什么时候应该想到⽤队列呢？特点是有了，我们要在事物中发现这个特点，看起来好像很容易，其实不然，我们以⼴度优先来举例，我觉得这个⽐较容易说明问题。

⼤家都学过图的遍历吧？我想应该是的，那么图的遍历可以分为深度优先和⼴度优先，这个将栈和队列的思想显⽰的淋漓尽致。

我们要遍历⼀个图，那么图中的所有节点肯定都要访问，只是访问次序不⼀样罢了，深度优先顾名思义，就是找到⼀个节点后接着找它的相邻节点，然后再去进⼀步找相邻节点的相邻节点，⼀步步往深⾥挖，我们这样举个形象的例⼦吧，⼤家⼥孩⼦应该是都捡过菜，⽐如说是这⾲菜吧，我们有的⼈习惯是将⼀根检好了，让头弄⼲净，去掉尾巴上的黄尖，把整根⾲菜都捡⼲净了然后再捡下⼀根，这就是深度优先，把它整个都挖到底；⽽有些⼈是习惯将⼀根的头弄⼲净，就接着弄下⼀根，这样，不等着整个遍历完，⽽是优先去遍历它的下⼀根的⽅式就是⼴度优先，呵呵，例⼦举得当然有不恰当的地⽅，不过⼤概意思我想⼤家应该明⽩，简⽽⾔之。

环形缓冲区 c语言实现环形缓冲区是一种用于缓存数据的数据结构，在C语言中可以通过数组实现。

其主要特点是它可以像一个循环队列一样重复利用空间，有效地节约内存。

实现一个环形缓冲区的方法如下：首先，我们需要定义一个结构体来表示缓冲区。

这个结构体包含以下几个元素：1. buf ：代表缓冲区的数组；2. head ：代表缓冲区的头指针，也就是缓冲区中最早添加的元素的位置；3. tail ：代表缓冲区的尾指针，也就是缓冲区中最近添加的元素的位置；4. size ：代表缓冲区的容量，也就是能够存储的元素个数。

代码如下：```typedef struct {int *buf; // 缓冲区的数组int head; // 缓冲区头指针int tail; // 缓冲区尾指针int size; // 缓冲区大小} CircularBuffer;```接下来，我们需要实现缓冲区的几个基本操作，包括初始化、添加元素、取出元素、判断缓冲区是否为空和是否已满等。

具体实现如下：初始化操作：```void circularBufferInit(CircularBuffer *cb, int size) {cb->buf = (int *)malloc(size * sizeof(int));cb->head = 0;cb->tail = 0;cb->size = size;}```添加元素操作：```void circularBufferAdd(CircularBuffer *cb, int data) { cb->buf[cb->tail] = data;cb->tail = (cb->tail + 1) % cb->size;if (cb->tail == cb->head) {cb->head = (cb->head + 1) % cb->size;}}```取出元素操作：```int circularBufferGet(CircularBuffer *cb) {if (cb->head == cb->tail) {return -1; // 缓冲区为空} else {int data = cb->buf[cb->head];cb->head = (cb->head + 1) % cb->size;return data;}}```判断缓冲区是否为空：```bool circularBufferIsEmpty(CircularBuffer *cb) {return cb->head == cb->tail;}```判断缓冲区是否已满：```bool circularBufferIsFull(CircularBuffer *cb) {return (cb->tail + 1) % cb->size == cb->head;}```最后，需要在使用完缓冲区后，释放分配的内存：```void circularBufferDestroy(CircularBuffer *cb) {free(cb->buf);}```至此，一个简单的环形缓冲区就实现完成了。

stm32串口环形缓冲区开发实例代码【STM32串口环形缓冲区开发实例代码】近年来，随着物联网技术的快速发展，嵌入式系统的需求日益增加。

而在嵌入式系统中，串口通信一直都是一项非常重要的功能。

而在使用串口通信时，我们经常会遇到一个问题，即数据接收和发送的速度不匹配导致数据丢失的情况。

为了解决这个问题，我们可以使用环形缓冲区来进行数据的存储和管理。

本文将以STM32单片机为例，介绍如何开发串口环形缓冲区，并给出相应的实例代码。

一、环形缓冲区的原理环形缓冲区是一种循环队列，它具有固定的大小，并且在填满数据后会自动循环覆盖之前的数据。

这种数据结构可以很好地解决数据接收和发送速度不匹配的问题。

在串口通信中，我们可以将接收到的数据存储到环形缓冲区中，在发送数据时，则可以从环形缓冲区中取出数据进行发送。

二、环形缓冲区的实现在STM32单片机中，我们可以通过使用指针和数组来实现环形缓冲区。

我们需要定义缓冲区的大小，然后创建两个指针，分别指向缓冲区的头部和尾部。

当接收到新的数据时，我们将数据存储到尾部指针所指向的位置，并将尾部指针向后移动一个位置。

当需要取出数据进行发送时，我们则从头部指针所指向的位置取出数据，并将头部指针向后移动一个位置。

需要注意的是，当头部指针和尾部指针相遇时，表示缓冲区已满，此时需要进行循环覆盖操作。

下面是一个基于STM32的串口环形缓冲区的实例代码：```c#include "stm32f4xx.h"#define BUFFER_SIZE 256volatile uint8_t rx_buffer[BUFFER_SIZE];volatile uint8_t tx_buffer[BUFFER_SIZE];volatile uint16_t rx_head = 0, rx_tail = 0;volatile uint16_t tx_head = 0, tx_tail = 0;void USART2_IRQHandler(void){if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET) {rx_buffer[rx_head] = USART_ReceiveData(USART2);rx_head = (rx_head + 1) % BUFFER_SIZE;}if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_TXE) != RESET) {if(tx_head != tx_tail){USART_SendData(USART2, tx_buffer[tx_tail]);tx_tail = (tx_tail + 1) % BUFFER_SIZE;}else{USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, DISABLE); }}}void send_data(uint8_t data){tx_buffer[tx_head] = data;tx_head = (tx_head + 1) % BUFFER_SIZE;USART_ITConfig(USART2, USART_IT_TXE, ENABLE);}```在上面的代码中，我们定义了两个缓冲区rx_buffer和tx_buffer，并分别设置了头部指针和尾部指针rx_head、rx_tail和tx_head、tx_tail。

单片机环形缓冲区
单片机环形缓冲区是一种常用的数据存储方式，它具有循环利用空间的特点，可以有效地解决数据存储和传输过程中的数据拥塞问题。

在实际应用中，环形缓冲区常用于串口通信、音频处理、图像处理等领域。

环形缓冲区的实现原理是通过两个指针来确定缓冲区的起始位
置和结束位置，当数据写入缓冲区时，写指针指向的位置不断向后移动，当写指针到达缓冲区的末尾时，它就会自动回到缓冲区的起始位置，实现数据的循环存储。

当需要读取数据时，读指针指向的位置也会不断向后移动，当读指针到达写指针所在的位置时，说明已经读取了所有的数据，此时可以重新开始写入新的数据。

在使用环形缓冲区时，需要注意以下几点：
1. 缓冲区的大小应该预留一定的空间，以防止缓冲区溢出。

2. 在读取数据时，需要判断是否已经读取了所有的数据，避免
出现数据重复读取的情况。

3. 在写入数据时，需要判断缓冲区是否已满，如果已满，需要
采取相应的措施，如丢弃部分数据或者等待缓冲区有空闲空间。

4. 当多个任务同时访问缓冲区时，需要采取相应的同步措施，
以避免数据冲突和竞争条件。

总之，单片机环形缓冲区是一种简单、高效、可靠的数据存储方式，它在各种嵌入式应用中都得到了广泛的应用。

掌握环形缓冲区的实现原理和使用方法，对于提高系统的性能和可靠性具有重要的意义。

环形缓冲器（FIFO）圆形缓冲区（circular buffer），也称作圆形队列（circular queue），循环缓冲区（cyclic buffer），环形缓冲区（ring buffer），是⼀种数据结构⽤于表⽰⼀个固定尺⼨、头尾相连的缓冲区，适合缓存数据流。

⽬录1 ⽤法2 ⼯作过程3 圆形缓冲区⼯作机制3.1 读指针与写指针3.2 区分缓冲区满或者空3.2.1 总是保持⼀个存储单元为空3.2.2 使⽤数据计数3.2.3 镜像指⽰位3.2.4 读/写计数3.2.5 记录最后的操作3.3 POSIX优化实现3.4 Linux内核的kfifo4 外部链接⽤法圆形缓冲区的⼀个有⽤特性是：当⼀个数据元素被⽤掉后，其余数据元素不需要移动其存储位置。

相反，⼀个⾮圆形缓冲区（例如⼀个普通的队列）在⽤掉⼀个数据元素后，其余数据元素需要向前搬移。

换句话说，圆形缓冲区适合实现先进先出缓冲区，⽽⾮圆形缓冲区适合后进先出缓冲区。

圆形缓冲区适合于事先明确了缓冲区的最⼤容量的情形。

扩展⼀个圆形缓冲区的容量，需要搬移其中的数据。

因此⼀个缓冲区如果需要经常调整其容量，⽤链表实现更为合适。

写操作覆盖圆形缓冲区中未被处理的数据在某些情况下是允许的。

特别是在多媒体处理时。

例如，⾳频的⽣产者可以覆盖掉声卡尚未来得及处理的⾳频数据。

⼯作过程⼀个圆形缓冲区最初为空并有预定的长度。

例如，这是⼀个具有七个元素空间的圆形缓冲区，其中底部的单线与箭头表⽰“头尾相接”形成⼀个圆形地址空间：假定1被写⼊缓冲区中部（对于圆形缓冲区来说，最初的写⼊位置在哪⾥是⽆关紧要的）：再写⼊2个元素，分别是2 & 3 — 被追加在1之后：如果两个元素被处理，那么是缓冲区中最⽼的两个元素被卸载。

在本例中，1 & 2被卸载，缓冲区中只剩下3:如果缓冲区中有7个元素，则是满的：如果缓冲区是满的，⼜要写⼊新的数据，⼀种策略是覆盖掉最⽼的数据。

此例中，2个新数据— A & B — 写⼊，覆盖了3 & 4:也可以采取其他策略，禁⽌覆盖缓冲区的数据，采取返回⼀个错误码或者抛出异常。