单片机消息队列的实现原理和机制1

出处

单片机开发过程中通常会用到“消息队列”,一般实现的方法有多种。

本文给大家分享一下队列实现的原理和机制。

环形队列

环形队列是在实际编程极为有用的数据结构,它是一个首尾相连的FIFO的数据结构,采用数组的线性空间,数据组织简单,能很快知道队列是否满为空,能以很快速度的来存取数据。
环形队列通常用于通信领域,比如UART、USB、CAN、网络等。
1.环形队列实现原理内存上没有环形的结构,因此环形队列实上是数组的线性空间来实现。当数据到了尾部它将转回到0位置来处理。
因此环列队列的逻辑:将数组元素q[0]与q[MAXN-1]连接,形成一个存放队列的环形空间。
为了方便读写,还要用数组下标来指明队列的读写位置。head/tail.其中head指向可以读的位置,tail指向可以写的位置。

环形队列的关键是判断队列为空,还是为满。当tail追上head时,队列为满时;当head追上tail时,队列为空。但如何知道谁追上谁,还需要一些辅助的手段来判断. 如何判断环形队列为空,为满有两种判断方法:a.附加一个标志位tag

  • 当head赶上tail,队列空,则令tag=0
  • 当tail赶上head,队列满,则令tag=1


b.限制tail赶上head,即队尾结点与队首结点之间至少留有一个元素的空间。

  • 队列空:   head==tail
  • 队列满:   (tail+1)% MAXN ==head


2.附加标志实现原理
a.采用第一个环形队列有如下结构:

typedef struct ringq{
   int head; /* 头部,出队列方向*/
   int tail; /* 尾部,入队列方向*/ 
   int tag ;
   int size ; /* 队列总尺寸 */
   int space[RINGQ_MAX]; /* 队列空间 */
}RINGQ;

初始化状态: 

q->head = q->tail = q->tag = 0;

队列为空:

( q->head == q->tail) && (q->tag == 0)

队列为满 :

((q->head == q->tail) && (q->tag == 1))

入队操作,如队列不满,则写入:

q->tail =  (q->tail + 1) % q->size ;

出队操作,如果队列不空,则从head处读出。下一个可读的位置在:

q->head =  (q->head + 1) % q->size

b.完整代码
头文件ringq.h:

复制代码
#ifndef __RINGQ_H__
#define __RINGQ_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif 

#define QUEUE_MAX 20

typedef struct ringq{
   int head; /* 头部,出队列方向*/
   int tail; /* 尾部,入队列方向*/ 
   int tag ; /* 为空还是为满的标志位*/
    int size ; /* 队列总尺寸 */
   int space[QUEUE_MAX]; /* 队列空间 */
}RINGQ;

/* 
  第一种设计方法:
     当head == tail 时,tag = 0 为空,等于 = 1 为满。
*/

extern int ringq_init(RINGQ * p_queue);

extern int ringq_free(RINGQ * p_queue);


/* 加入数据到队列 */
extern int ringq_push(RINGQ * p_queue,int data);

/* 从队列取数据 */
extern int ringq_poll(RINGQ * p_queue,int *p_data);


#define ringq_is_empty(q) ( (q->head == q->tail) && (q->tag == 0))

#define ringq_is_full(q) ( (q->head == q->tail) && (q->tag == 1))

#define print_ringq(q) printf("ring head %d,tail %d,tag %d\n", q->head,q->tail,q->tag);
#ifdef __cplusplus
}
#endif 

#endif /* __RINGQ_H__ */
复制代码

 

源代码 ringq.c

复制代码
#include <stdio.h>
#include "ringq.h"

int ringq_init(RINGQ * p_queue)
{
   p_queue->size = QUEUE_MAX ;

   p_queue->head = 0;
   p_queue->tail = 0;

   p_queue->tag = 0;

   return 0;
}

int ringq_free(RINGQ * p_queue)
{
  return 0;
}


int ringq_push(RINGQ * p_queue,int data)
{
  print_ringq(p_queue);

  if(ringq_is_full(p_queue))
   {

     printf("ringq is full\n");
     return -1;
   }

   p_queue->space[p_queue->tail] = data;

   p_queue->tail = (p_queue->tail + 1) % p_queue->size ;

   /* 这个时候一定队列满了*/
   if(p_queue->tail == p_queue->head)
    {
       p_queue->tag = 1;
    }

    return p_queue->tag ;  
}

int ringq_poll(RINGQ * p_queue,int * p_data)
{
   print_ringq(p_queue);
  if(ringq_is_empty(p_queue))
   {

      printf("ringq is empty\n");
     return -1;
   }

   *p_data = p_queue->space[p_queue->head];

   p_queue->head = (p_queue->head + 1) % p_queue->size ;

    /* 这个时候一定队列空了*/
   if(p_queue->tail == p_queue->head)
    {
       p_queue->tag = 0;
    }    
    return p_queue->tag ;
}
复制代码

 

看到源代码,相信大家就明白其中原理了。其实还有不采用tag,或者其他一些标志的方法,这里就不进一步展开讲述了,感兴趣的读者可以自行研究一下。

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