一. 前言
前面我们实现了循环缓冲区FIFO:https://mp.weixin.qq.com/s/MvL9eDesyuxD60fnbl1nag.
在串口驱动:https://mp.weixin.qq.com/s/vzjWu2LxpVGZw-msCooh8Q.
PWM音频采集与播放:https://mp.weixin.qq.com/s/nCSw743V5iZjGzrV1oQK4Q
等应用场景都有应用。
但是以上循环缓冲区FIFO还有一些应用场景并不能很方便和高效的使用。
比如在音频应用场景，除了”PWM音频采集与播放”可能还会涉及到算法处理，此时应用场景是”采集-算法-输出”, 多了算法处理的过程，此时上述FIFO就显得不是很适用。
我们来看这种应用场景对FIFO的需求:
1.数据链路加长，尽量避免数据拷贝带来的开销和占用系统总线带宽显得很重要。原来的FIFO实现都是从FIFO拷贝到用户存储再去使用，拷贝次数较多。
2.充分利用硬件DMA的特性，原来的FIFO方式，每次写入的位置不一定是对齐的，且可能绕回不是一片连续的空间不适合应用DMA等。
3.效率很重要，缓冲区大小一般是固定值，比如音频算法可能一次处理10ms的数据量，那么就可以以这个颗粒度进行采集，运算和输出。此时使用池比原来的环形FIFO更合适。
综合以上应用场景和需求，我们继续造一个满足不同应用场景的FIFO的轮子，我们就叫做FIFO_POOL，FIFO池。
二. 实现
数据结构还是和原来的环形FIFO一样,但是存储空间分为固定大小的分块，不再和原来一样可以任意大小,这样每一次in和out的数据块都是连续的，并且可以配置为固定对齐，这样硬件DMA等可以直接使用，不需要搬运到buffer中。
然后还有一个大的不同是状态更新和空间使用时间维度分离了，原来是in和out搬运完数据，同时就更新完相关状态(in,out指针,有效数据量等)。现在是获取到当前in和out的位置，然后使用这一片空间，使用完后再更新相关状态。
2.1数据结构
和原来的FIFO实现类似
/** * \struct fifo_pool_st * FIFO_POOL缓冲区结构. */typedef struct { uint32_t in; /**< 写入索引 */ uint32_t out; /**< 读出索引 */ uint32_t pool_cnt; /**< 有效数据块数 */ uint32_t pool_len; /**< 每个块长度 */ uint32_t pool_num; /**< 最大块数 */ uint8_t* buffer; /**< 缓存,用户分配 */
} fifo_pool_st;2.2接口
In相关接口
/** * \fn fifo_pool_in * 往fifo pool里写数据 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st * \param[in] buffer 待写入的数据 * \param[in] len 待写入的长度 * \retval 返回实际写入的数据量 */uint32_t fifo_pool_in(fifo_pool_st* dev, uint8_t* buffer, uint32_t len);
/** * \fn fifo_pool_getinaddr * 获取fifo pool当前可写入地址 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st * \retval 返回可写入地址 */uint8_t* fifo_pool_getinaddr(fifo_pool_st* dev);
/** * \fn fifo_pool_incinaddr * 递增写入指针 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st */void fifo_pool_incinaddr(fifo_pool_st* dev);Out相关接口
/** * \fn fifo_pool_out * 从fifo pool读出数据 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st * \param[in] buffer 存读出的数据 * \param[in] len 需要读出的数据长度 * \retval 返回实际读出的数据量 返回0表示满 */uint32_t fifo_pool_out(fifo_pool_st* dev, uint8_t* buffer, uint32_t len);
/** * \fn fifo_pool_getoutaddr * 获取fifo pool当前可读出地址 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st * \retval 返回可读出地址, 返回0表示空 */uint8_t* fifo_pool_getoutaddr(fifo_pool_st* dev);
/** * \fn fifo_pool_incoutaddr * 递增读出指针 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st */void fifo_pool_incoutaddr(fifo_pool_st* dev);获取当前有效数据块数
/** * \fn fifo_pool_getpoolnum * 获取有效的数据块数 * \param[in] dev \ref fifo_pool_st */uint32_t fifo_pool_getpoolnum(fifo_pool_st* dev);2.3代码
#include <string.h>#include "fifo_pool.h"
#define FIFO_POOL_PARAM_CHECK 0
/** * 往fifo pool里写数据 */uint32_t fifo_pool_in(fifo_pool_st* dev, uint8_t* buffer, uint32_t len){ uint8_t* p; #if FIFO_POOL_PARAM_CHECK /* 参数检查 */ if((dev == 0) || (buffer == 0) || (len == 0)) { return 0; } if(dev->buffer == 0) { return 0; } if(len > dev->pool_len) { return 0; } #endif
if(dev->pool_cnt >= dev->pool_num) { /* 满 */ return 0; } else { p = dev->buffer + dev->in * dev->pool_len; memcpy(p,buffer,len); dev->in++; if(dev->in >= dev->pool_num) /* 用减法代替取余 */ { dev->in -= dev->pool_num; } dev->pool_cnt++; } return len;}
/** * 获取fifo pool当前可写入地址 */uint8_t* fifo_pool_getinaddr(fifo_pool_st* dev){ #if FIFO_POOL_PARAM_CHECK /* 参数检查 */ if(dev == 0) { return 0; } #endif
if(dev->pool_cnt >= dev->pool_num) { /* 满 */ return 0; } else { return (dev->buffer + dev->in * dev->pool_len); }}
/** * 递增写入指针 */void fifo_pool_incinaddr(fifo_pool_st* dev){ #if FIFO_POOL_PARAM_CHECK /* 参数检查 */ if(dev == 0) { return; } #endif
if(dev->pool_cnt >= dev->pool_num) { /* 满 */ } else { dev->in++; if(dev->in >= dev->pool_num) /* 用减法代替取余 */ { dev->in -= dev->pool_num; } dev->pool_cnt++; }}
/** * 从fifo pool读出数据 */uint32_t fifo_pool_out(fifo_pool_st* dev, uint8_t* buffer, uint32_t len){ uint8_t* p; #if FIFO_POOL_PARAM_CHECK /* 参数检查 */ if((dev == 0) || (buffer == 0) || (len == 0)) { return 0; } if(dev->buffer == 0) { return 0; } if(len > dev->pool_len) { return 0; } #endif
if(dev->pool_cnt == 0) { /* 空 */ return 0; } else { p = dev->buffer + dev->out * dev->pool_len; memcpy(buffer, p, len); dev->out++; if(dev->out >= dev->pool_num) /* 用减法代替取余 */ { dev->out -= dev->pool_num; } dev->pool_cnt--; } return len;}
/** * 获取fifo pool当前可读出地址 */uint8_t* fifo_pool_getoutaddr(fifo_pool_st* dev){ #if FIFO_POOL_PARAM_CHECK /* 参数检查 */ if(dev == 0) { return 0; } #endif
if(dev->pool_cnt == 0) { /* 空 */ return 0; } else { return (dev->buffer + dev->out * dev->pool_len); }}
/** * 递增读出指针 */void fifo_pool_incoutaddr(fifo_pool_st* dev){ #if FIFO_POOL_PARAM_CHECK /* 参数检查 */ if(dev == 0) { return; } #endif
if(dev->pool_cnt == 0) { /* 空 */ } else { dev->out++; if(dev->out >= dev->pool_num) /* 用减法代替取余 */ { dev->out -= dev->pool_num; } dev->pool_cnt--; }}三. 典型应用
下图是原来的”采集-发送”的应用场景,采集需要先采集到BUFFER然后拷贝到FIFO，发送需要先从FIFO拷贝出来到BUFFER才能发送。
如果是”采集-处理-发送”的应用场景,就需要两个FIFO,如下图
而我们使用FIFO_POOL可以减少图中红色部分，即两个BUFFER和BUFFER到FIFO之间的拷贝,即直接使用FIFO_POOL中的空间而无需BUFFER中转。
使用FIFO_POOL更详细的一个应用场景如下
四. 总结
注意以上仅仅实现FIFO本身,实际应用在多线程，或者前后台(中断和主循环)中访问FIFO,需要考虑临界段保护,这一点要特别小心,可以根据具体环境具体处理。
从实际应用来看,我们设计的FIFO_POOL满足了我们的应用需求,效率高且方便,可减少内存的拷贝,移植性也很好可以方便的移植到不同场景使用。