本帖最后由 caijie001 于 2018-12-27 09:37 编辑
基于Linux的kfifo移植到STM32（支持os的互斥访问）声明：本文为杰杰原创，转载请说明出处
关于kfifo
kfifo是内核里面的一个First In First Out数据结构，它采用环形循环队列的数据结构来实现；它提供一个无边界的字节流服务，最重要的一点是，它使用并行无锁编程技术，即当它用于只有一个入队线程和一个出队线程的场情时，两个线程可以并发操作，而不需要任何加锁行为，就可以保证kfifo的线程安全。 具体什么是环形缓冲区，请看我以前的**
说明 关于kfifo的相关概念我不会介绍，有兴趣可以看他的相关文档，我只将其实现过程移植重写，移植到适用stm32开发板上，并且按照我个人习惯重新命名，RingBuff->意为环形缓冲区 RingBuff_t环形缓冲区的结构体成员变量，具体含义看注释。
buffer: 用于存放数据的缓存
size: buffer空间的大小
in, out: 和buffer一起构成一个循环队列。 in指向buffer中队头，而且out指向buffer中的队尾
typedef struct ringbuff
{
uint8_t *buffer; /* 数据区域 */
uint32_t size; /* 环形缓冲区大小 */
uint32_t in; /* 数据入队指针 (in % size) */
uint32_t out; /* 数据出队指针 (out % size) */
#if USE_MUTEX
MUTEX_T *mutex; /* 支持rtos的互斥 */
#endif
}RingBuff_t ;
Create_RingBuff创建一个环形缓冲区，为了适应后续对缓冲区入队出队的高效操作，环形缓冲区的大小应为2^n字节，
如果不是这个大小，则系统默认裁剪以对应缓冲区字节。
当然还可以优化，不过我目前并未做，思路如下：如果系统支持动态分配内存，则向上对齐，避免浪费内存空间，否则就按照我默认的向下对齐，当内存越大，对齐导致内存泄漏则会越多。对齐采用的函数是roundup_pow_of_two。如果系统支持互斥量，那么还将创建一个互斥量用来做互斥访问，防止多线程同时使用导致数据丢失。 /************************************************************
* @brief Create_RingBuff
* @param rb：环形缓冲区句柄
* buffer：环形缓冲区的数据区域
* size：环形缓冲区的大小，缓冲区大小要为2^n
* return err_t：ERR_OK表示创建成功，其他表示失败
* author jiejie
* Github https://github.com/jiejieTop
* date 2018-xx-xx
* version v1.0
* NOTE 用于创建一个环形缓冲区
***********************************************************/
err_t Create_RingBuff(RingBuff_t* rb,
uint8_t *buffer,
uint32_t size
)
{
if((rb == NULL)||(buffer == NULL)||(size == 0))
{
PRINT_ERR("data is null!");
return ERR_NULL;
}
PRINT_DEBUG("ringbuff size is %d!",size);
/* 缓冲区大小必须为2^n字节,系统会强制转换,
否则可能会导致指针访问非法地址。
空间大小越大,强转时丢失内存越多 */
if(size&(size - 1))
{
size = roundup_pow_of_two(size);
PRINT_DEBUG("change ringbuff size is %d!",size);
}
rb->buffer = buffer;
rb->size = size;
rb->in = rb->out = 0;
#if USE_MUTEX
/* 创建信号量不成功 */
if(!create_mutex(rb->mutex))
{
PRINT_ERR("create mutex fail!");
ASSERT(ASSERT_ERR);
return ERR_NOK;
}
#endif
PRINT_DEBUG("create ringBuff ok!");
return ERR_OK;
}
roundup_pow_of_two
/************************************************************
* @brief roundup_pow_of_two
* @param size：传递进来的数据长度
* @return size：返回处理之后的数据长度
* @author jiejie
* @Github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @NOTE 用于处理数据，使数据长度必须为 2^n
* 如果不是，则转换，丢弃多余部分，如
* roundup_pow_of_two(66) -> 返回 64
***********************************************************/
static unsigned long roundup_pow_of_two(unsigned long x)
{
return (1 << (fls(x-1)-1)); //向下对齐
//return (1UL << fls(x - 1)); //向上对齐，用动态内存可用使用
}
Delete_RingBuff删除一个环形缓冲区，删除之后，缓冲区真正存储地址是不会被改变的（目前我是使用自定义数组做缓冲区的），但是删除之后，就无法对缓冲区进行读写操作。并且如果支持os的话，创建的互斥量会被删除。 /************************************************************
* @brief Delete_RingBuff
* @param rb：环形缓冲区句柄
* @return err_t：ERR_OK表示成功，其他表示失败
* @author jiejie
* @Github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @NOTE 删除一个环形缓冲区
***********************************************************/
err_t Delete_RingBuff(RingBuff_t *rb)
{
if(rb == NULL)
{
PRINT_ERR("ringbuff is null!");
return ERR_NULL;
}
rb->buffer = NULL;
rb->size = 0;
rb->in = rb->out = 0;
#if USE_MUTEX
if(!deleta_mutex(rb->mutex))
{
PRINT_DEBUG("deleta mutex is fail!");
return ERR_NOK;
}
#endif
return ERR_OK;
}
Write_RingBuff向环形缓冲区写入指定数据，支持线程互斥访问。用户想要写入缓冲区的数据长度不一定是真正入队的长度，在完成的时候还要看看返回值是否与用户需要的长度一致~
这个函数很有意思，也是比较高效的入队操作，将指定区域的数据拷贝到指定的缓冲区中，过程看注释即可 /************************************************************
* brief Write_RingBuff
* param rb:环形缓冲区句柄
* param wbuff:写入的数据起始地址
* param len:写入数据的长度(字节)
* return len:实际写入数据的长度(字节)
* author jiejie
* github https://github.com/jiejieTop
* date 2018-xx-xx
* version v1.0
* note 这个函数会从buff空间拷贝len字节长度的数据到
rb环形缓冲区中的空闲空间。
***********************************************************/
uint32_t Write_RingBuff(RingBuff_t *rb,
uint8_t *wbuff,
uint32_t len)
{
uint32_t l;
#if USE_MUTEX
/* 请求互斥量，成功才能进行ringbuff的访问 */
if(!request_mutex(rb->mutex))
{
PRINT_DEBUG("request mutex fail!");
return 0;
}
else /* 获取互斥量成功 */
{
#endif
len = min(len, rb->size - rb->in + rb->out);
/* 第一部分的拷贝:从环形缓冲区写入数据直至缓冲区最后一个地址 */
l = min(len, rb->size - (rb->in & (rb->size - 1)));
memcpy(rb->buffer + (rb->in & (rb->size - 1)), wbuff, l);
/* 如果溢出则在缓冲区头写入剩余的部分
如果没溢出这句代码相当于无效 */
memcpy(rb->buffer, wbuff + l, len - l);
rb->in += len;
PRINT_DEBUG("write ringBuff len is %d!",len);
#if USE_MUTEX
}
/* 释放互斥量 */
release_mutex(rb->mutex);
#endif
return len;
}
Read_RingBuff读取缓冲区数据到指定区域，用户指定读取长度，用户想要读取的长度不一定是真正读取的长度，在读取完成的时候还要看看返回值是否与用户需要的长度一致~也支持多线程互斥访问。
也是缓冲区出队的高效操作。过程看代码注释即可 /************************************************************
* @brief Read_RingBuff
* @param rb:环形缓冲区句柄
* @param wbuff:读取数据保存的起始地址
* @param len:想要读取数据的长度(字节)
* @return len:实际读取数据的长度(字节)
* @author jiejie
* @Github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @NOTE 这个函数会从rb环形缓冲区中的数据区域拷贝len字节
长度的数据到rbuff空间。
***********************************************************/
uint32_t Read_RingBuff(RingBuff_t *rb,
uint8_t *rbuff,
uint32_t len)
{
uint32_t l;
#if USE_MUTEX
/* 请求互斥量，成功才能进行ringbuff的访问 */
if(!request_mutex(rb->mutex))
{
PRINT_DEBUG("request mutex fail!");
return 0;
}
else
{
#endif
len = min(len, rb->in - rb->out);
/* 第一部分的拷贝:从环形缓冲区读取数据直至缓冲区最后一个 */
l = min(len, rb->size - (rb->out & (rb->size - 1)));
memcpy(rbuff, rb->buffer + (rb->out & (rb->size - 1)), l);
/* 如果溢出则在缓冲区头读取剩余的部分
如果没溢出这句代码相当于无效 */
memcpy(rbuff + l, rb->buffer, len - l);
rb->out += len;
PRINT_DEBUG("read ringBuff len is %d!",len);
#if USE_MUTEX
}
/* 释放互斥量 */
release_mutex(rb->mutex);
#endif
return len;
}
获取缓冲区信息这些就比较简单了，看看缓冲区可读可写的数据有多少 /************************************************************
* @brief CanRead_RingBuff
* @param rb:环形缓冲区句柄
* @return uint32:可读数据长度 0 / len
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 可读数据长度
***********************************************************/
uint32_t CanRead_RingBuff(RingBuff_t *rb)
{
if(NULL == rb)
{
PRINT_ERR("ringbuff is null!");
return 0;
}
if(rb->in == rb->out)
return 0;
if(rb->in > rb->out)
return (rb->in - rb->out);
return (rb->size - (rb->out - rb->in));
}
/************************************************************
* @brief CanRead_RingBuff
* @param rb:环形缓冲区句柄
* @return uint32:可写数据长度 0 / len
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 可写数据长度
***********************************************************/
uint32_t CanWrite_RingBuff(RingBuff_t *rb)
{
if(NULL == rb)
{
PRINT_ERR("ringbuff is null!");
return 0;
}
return (rb->size - CanRead_RingBuff(rb));
}
附带这里的代码我是用于测试的，随便写的 RingBuff_t ringbuff_handle;
uint8_t rb[64];
uint8_t res[64];
Create_RingBuff(&ringbuff_handle,
rb,
sizeof(rb));
Write_RingBuff(&ringbuff_handle,
res,
datapack.data_length);
PRINT_DEBUG("CanRead_RingBuff = %d!",CanRead_RingBuff(&ringbuff_handle));
PRINT_DEBUG("CanWrite_RingBuff = %d!",CanWrite_RingBuff(&ringbuff_handle));
Read_RingBuff(&ringbuff_handle,
res,
datapack.data_length);
支持多个os的互斥量操作
此处模仿了文件系统的互斥操作 #if USE_MUTEX
#define MUTEX_TIMEOUT 1000 /* 超时时间 */
#define MUTEX_T mutex_t /* 互斥量控制块 */
#endif
/*********************************** mutex **************************************************/
#if USE_MUTEX
/************************************************************
* @brief create_mutex
* @param mutex:创建信号量句柄
* @return 创建成功为1，0为不成功。
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 创建一个互斥量,用户在os中互斥使用ringbuff，
* 支持的os有rtt、win32、ucos、FreeRTOS、LiteOS
***********************************************************/
static err_t create_mutex(MUTEX_T *mutex)
{
err_t ret = 0;
// *mutex = rt_mutex_create("test_mux",RT_IPC_FLAG_PRIO); /* rtt */
// ret = (err_t)(*mutex != RT_NULL);
// *mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL); /* Win32 */
// ret = (err_t)(*mutex != INVALID_HANDLE_VALUE);
// *mutex = OSMutexCreate(0, &err); /* uC/OS-II */
// ret = (err_t)(err == OS_NO_ERR);
// *mutex = xSemaphoreCreateMutex(); /* FreeRTOS */
// ret = (err_t)(*mutex != NULL);
// ret = LOS_MuxCreate(&mutex); /* LiteOS */
// ret = (err_t)(ret != LOS_OK);
return ret;
}
/************************************************************
* @brief deleta_mutex
* @param mutex:互斥量句柄
* @return NULL
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 删除一个互斥量，支持的os有rtt、win32、ucos、FreeRTOS、LiteOS
***********************************************************/
static err_t deleta_mutex(MUTEX_T *mutex)
{
err_t ret;
// ret = rt_mutex_delete(mutex); /* rtt */
// ret = CloseHandle(mutex); /* Win32 */
// OSMutexDel(mutex, OS_DEL_ALWAYS, &err); /* uC/OS-II */
// ret = (err_t)(err == OS_NO_ERR);
// vSemaphoreDelete(mutex); /* FreeRTOS */
// ret = 1;
// ret = LOS_MuxDelete(&mutex); /* LiteOS */
// ret = (err_t)(ret != LOS_OK);
return ret;
}
/************************************************************
* @brief request_mutex
* @param mutex:互斥量句柄
* @return NULL
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 请求一个互斥量，得到互斥量的线程才允许进行访问缓冲区
* 支持的os有rtt、win32、ucos、FreeRTOS、LiteOS
***********************************************************/
static err_t request_mutex(MUTEX_T *mutex)
{
err_t ret;
// ret = (err_t)(rt_mutex_take(mutex, MUTEX_TIMEOUT) == RT_EOK);/* rtt */
// ret = (err_t)(WaitForSingleObject(mutex, MUTEX_TIMEOUT) == WAIT_OBJECT_0); /* Win32 */
// OSMutexPend(mutex, MUTEX_TIMEOUT, &err)); /* uC/OS-II */
// ret = (err_t)(err == OS_NO_ERR);
// ret = (err_t)(xSemaphoreTake(mutex, MUTEX_TIMEOUT) == pdTRUE); /* FreeRTOS */
// ret = (err_t)(LOS_MuxPend(mutex,MUTEX_TIMEOUT) == LOS_OK); /* LiteOS */
return ret;
}
/************************************************************
* @brief release_mutex
* @param mutex:互斥量句柄
* @return NULL
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 释放互斥量，当线程使用完资源必须释放互斥量
* 支持的os有rtt、win32、ucos、FreeRTOS、LiteOS
***********************************************************/
static void release_mutex(MUTEX_T *mutex)
{
// rt_mutex_release(mutex);/* rtt */
// ReleaseMutex(mutex); /* Win32 */
// OSMutexPost(mutex); /* uC/OS-II */
// xSemaphoreGive(mutex); /* FreeRTOS */
// LOS_MuxPost(mutex); /* LiteOS */
}
#endif
/*********************************** mutex **************************************************/
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