基於Linux的kfifo移植到STM32（支持os的互斥訪問）
基於Linux的kfifo移植到STM32（支持os的互斥訪問）
關於kfifo
kfifo是內核裏面的一個First In First Out數據結構，它採用環形循環隊列的數據結構來實現；它提供一個無邊界的字節流服務，最重要的一點是，它使用並行無鎖編程技術，即當它用於只有一個入隊線程和一個出隊線程的場情時，兩個線程能夠併發操做，而不須要任何加鎖行爲，就能夠保證kfifo的線程安全。git
具體什麼是環形緩衝區，請看我之前的文章github
說明
關於kfifo的相關概念我不會介紹，有興趣能夠看他的相關文檔，我只將其實現過程移植重寫，移植到適用stm32開發板上，而且按照我我的習慣從新命名，RingBuff->意爲環形緩衝區編程
RingBuff_t
環形緩衝區的結構體成員變量，具體含義看註釋。buffer: 用於存放數據的緩存size: buffer空間的大小in, out: 和buffer一塊兒構成一個循環隊列。 in指向buffer中隊頭，並且out指向buffer中的隊尾數組
typedef struct ringbuff
{
uint8_t *buffer; /* 數據區域 */
uint32_t size; /* 環形緩衝區大小 */
uint32_t in; /* 數據入隊指針 (in % size) */
uint32_t out; /* 數據出隊指針 (out % size) */
#if USE_MUTEX
MUTEX_T *mutex; /* 支持rtos的互斥 */
#endif
}RingBuff_t ;複製代碼
Create_RingBuff
建立一個環形緩衝區，爲了適應後續對緩衝區入隊出隊的高效操做，環形緩衝區的大小應爲2^n字節，若是不是這個大小，則系統默認裁剪以對應緩衝區字節。固然還能夠優化，不過我目前並未作，思路以下：若是系統支持動態分配內存，則向上對齊，避免浪費內存空間，不然就按照我默認的向下對齊，當內存越大，對齊致使內存泄漏則會越多。對齊採用的函數是roundup_pow_of_two。若是系統支持互斥量，那麼還將建立一個互斥量用來作互斥訪問，防止多線程同時使用致使數據丟失。緩存
/************************************************************
* @brief Create_RingBuff
* @param rb：環形緩衝區句柄
* buffer：環形緩衝區的數據區域
* size：環形緩衝區的大小，緩衝區大小要爲2^n
* @return err_t：ERR_OK表示建立成功，其餘表示失敗
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 用於建立一個環形緩衝區
***********************************************************/
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);
/* 緩衝區大小必須爲2^n字節,系統會強制轉換,
不然可能會致使指針訪問非法地址。
空間大小越大,強轉時丟失內存越多 */
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
/* 建立信號量不成功 */
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;
}複製代碼
rounduppowof_two
/************************************************************
* @brief roundup_pow_of_two
* @param size：傳遞進來的數據長度
* @return size：返回處理以後的數據長度
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 用於處理數據，使數據長度必須爲 2^n
* 若是不是，則轉換，丟棄多餘部分，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)); //向下對齊
//return (1UL << fls(x - 1)); //向上對齊，用動態內存可用使用
}複製代碼
Delete_RingBuff
刪除一個環形緩衝區，刪除以後，緩衝區真正存儲地址是不會被改變的（目前我是使用自定義數組作緩衝區的），可是刪除以後，就沒法對緩衝區進行讀寫操做。而且若是支持os的話，建立的互斥量會被刪除。安全
/************************************************************
* @brief Delete_RingBuff
* @param rb：環形緩衝區句柄
* @return err_t：ERR_OK表示成功，其餘表示失敗
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 刪除一個環形緩衝區
***********************************************************/
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;
}複製代碼
Write_RingBuff
向環形緩衝區寫入指定數據，支持線程互斥訪問。用戶想要寫入緩衝區的數據長度不必定是真正入隊的長度，在完成的時候還要看看返回值是否與用戶須要的長度一致~這個函數頗有意思，也是比較高效的入隊操做，將指定區域的數據拷貝到指定的緩衝區中，過程看註釋便可數據結構
/************************************************************
* @brief Write_RingBuff
* @param rb:環形緩衝區句柄
* @param wbuff:寫入的數據起始地址
* @param len:寫入數據的長度(字節)
* @return len:實際寫入數據的長度(字節)
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 這個函數會從buff空間拷貝len字節長度的數據到
rb環形緩衝區中的空閒空間。
***********************************************************/
uint32_t Write_RingBuff(RingBuff_t *rb,
uint8_t *wbuff,
uint32_t len)
{
uint32_t l;
#if USE_MUTEX
/* 請求互斥量，成功才能進行ringbuff的訪問 */
if(!request_mutex(rb->mutex))
{
PRINT_DEBUG("request mutex fail!");
return 0;
}
else /* 獲取互斥量成功 */
{
#endif
len = min(len, rb->size - rb->in + rb->out);
/* 第一部分的拷貝:從環形緩衝區寫入數據直至緩衝區最後一個地址 */
l = min(len, rb->size - (rb->in & (rb->size - 1)));
memcpy(rb->buffer + (rb->in & (rb->size - 1)), wbuff, l);
/* 若是溢出則在緩衝區頭寫入剩餘的部分
若是沒溢出這句代碼至關於無效 */
memcpy(rb->buffer, wbuff + l, len - l);
rb->in += len;
PRINT_DEBUG("write ringBuff len is %d!",len);
#if USE_MUTEX
}
/* 釋放互斥量 */
release_mutex(rb->mutex);
#endif
return len;
}複製代碼
Read_RingBuff
讀取緩衝區數據到指定區域，用戶指定讀取長度，用戶想要讀取的長度不必定是真正讀取的長度，在讀取完成的時候還要看看返回值是否與用戶須要的長度一致~也支持多線程互斥訪問。也是緩衝區出隊的高效操做。過程看代碼註釋便可多線程
/************************************************************
* @brief Read_RingBuff
* @param rb:環形緩衝區句柄
* @param wbuff:讀取數據保存的起始地址
* @param len:想要讀取數據的長度(字節)
* @return len:實際讀取數據的長度(字節)
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 這個函數會從rb環形緩衝區中的數據區域拷貝len字節
長度的數據到rbuff空間。
***********************************************************/
uint32_t Read_RingBuff(RingBuff_t *rb,
uint8_t *rbuff,
uint32_t len)
{
uint32_t l;
#if USE_MUTEX
/* 請求互斥量，成功才能進行ringbuff的訪問 */
if(!request_mutex(rb->mutex))
{
PRINT_DEBUG("request mutex fail!");
return 0;
}
else
{
#endif
len = min(len, rb->in - rb->out);
/* 第一部分的拷貝:從環形緩衝區讀取數據直至緩衝區最後一個 */
l = min(len, rb->size - (rb->out & (rb->size - 1)));
memcpy(rbuff, rb->buffer + (rb->out & (rb->size - 1)), l);
/* 若是溢出則在緩衝區頭讀取剩餘的部分
若是沒溢出這句代碼至關於無效 */
memcpy(rbuff + l, rb->buffer, len - l);
rb->out += len;
PRINT_DEBUG("read ringBuff len is %d!",len);
#if USE_MUTEX
}
/* 釋放互斥量 */
release_mutex(rb->mutex);
#endif
return len;
}複製代碼
獲取緩衝區信息
這些就比較簡單了，看看緩衝區可讀可寫的數據有多少併發
/************************************************************
* @brief CanRead_RingBuff
* @param rb:環形緩衝區句柄
* @return uint32:可讀數據長度 0 / len
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 可讀數據長度
***********************************************************/
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:環形緩衝區句柄
* @return uint32:可寫數據長度 0 / len
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 可寫數據長度
***********************************************************/
uint32_t CanWrite_RingBuff(RingBuff_t *rb)
{
if(NULL == rb)
{
PRINT_ERR("ringbuff is null!");
return 0;
}
return (rb->size - CanRead_RingBuff(rb));
}複製代碼
附帶
這裏的代碼我是用於測試的，隨便寫的函數
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);複製代碼
支持多個os的互斥量操做
此處模仿了文件系統的互斥操做
#if USE_MUTEX
#define MUTEX_TIMEOUT 1000 /* 超時時間 */
#define MUTEX_T mutex_t /* 互斥量控制塊 */
#endif
/*********************************** mutex **************************************************/
#if USE_MUTEX
/************************************************************
* @brief create_mutex
* @param mutex:建立信號量句柄
* @return 建立成功爲1，0爲不成功。
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 建立一個互斥量,用戶在os中互斥使用ringbuff，
* 支持的os有rtt、win3二、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 刪除一個互斥量，支持的os有rtt、win3二、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 請求一個互斥量，獲得互斥量的線程才容許進行訪問緩衝區
* 支持的os有rtt、win3二、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 釋放互斥量，當線程使用完資源必須釋放互斥量
* 支持的os有rtt、win3二、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 **************************************************/複製代碼
debug.h
最後送一份debug的簡便操做源碼，由於前文不少時候會調用PRINT_ERRPRINT_DEBUG
#ifndef _DEBUG_H
#define _DEBUG_H
/************************************************************
* @brief debug.h
* @author jiejie
* @github https://github.com/jiejieTop
* @date 2018-xx-xx
* @version v1.0
* @note 此文件用於打印日誌信息
***********************************************************/
/**
* @name Debug print
* @{
*/
#define PRINT_DEBUG_ENABLE 1 /* 打印調試信息 */
#define PRINT_ERR_ENABLE 1 /* 打印錯誤信息 */
#define PRINT_INFO_ENABLE 0 /* 打印我的信息 */
#if PRINT_DEBUG_ENABLE
#define PRINT_DEBUG(fmt, args...) do{(printf("\n[DEBUG] >> "), printf(fmt, ##args));}while(0)
#else
#define PRINT_DEBUG(fmt, args...)
#endif
#if PRINT_ERR_ENABLE
#define PRINT_ERR(fmt, args...) do{(printf("\n[ERR] >> "), printf(fmt, ##args));}while(0)
#else
#define PRINT_ERR(fmt, args...)
#endif
#if PRINT_INFO_ENABLE
#define PRINT_INFO(fmt, args...) do{(printf("\n[INFO] >> "), printf(fmt, ##args));}while(0)
#else
#define PRINT_INFO(fmt, args...)
#endif
/**@} */
//針對不一樣的編譯器調用不一樣的stdint.h文件
#if defined(__ICCARM__) || defined(__CC_ARM) || defined(__GNUC__)
#include <stdint.h>
#endif
/* 斷言 Assert */
#define AssertCalled(char,int) printf("\nError:%s,%d\r\n",char,int)
#define ASSERT(x) if((x)==0) AssertCalled(__FILE__,__LINE__)
typedef enum
{
ASSERT_ERR = 0, /* 錯誤 */
ASSERT_SUCCESS = !ASSERT_ERR /* 正確 */
} Assert_ErrorStatus;
typedef enum
{
FALSE = 0, /* 假 */
TRUE = !FALSE /* 真 */
}ResultStatus;
#endif /* __DEBUG_H */複製代碼
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