一、环形缓冲区

在上一次课中，只讲了UART的硬件协议，没有讲环形缓冲区。

本节课就讲解环形缓冲区。

环形缓冲区它就是一个数组，是一个长条形的缓冲区。

开始的时候读写位置都指向0：r = w = 0 ，所谓读写位置就是数组的下标。

想想看，一开始的时候就是空的，那空是怎么判断的？ if (r == w) 就是空

1.1 写操作

那么怎么写？写一个数据：

buf[w] = val;
w = w+1;
1
2

需要注意的是，当w到达数组的最右边时：你要防止w越界。

w = 6时，下一个位置是多少？那下一个位置应该是绕回来，变成0。

用数学表达式就这样：w = (w+1) % len，即w = (6+1) %7 = 0

上图里面长度是7（0~6共7个），当w=6的时候，下一个w就是7（即0）。

这个计算长度的方法，有没有改进的方案？

在单片机里面，除法运算是非常消耗CPU资源的，并且还得添加除法库，太浪费flash了。

所以能不用除法，就不要用除法。

我们怎么做呢？

我们可以让长度， len = 2的n次方，比如2、4、8、16、32。

这时候模的运算，就可以变成与的操作：

len = 8;
w % 8 就是 w & (8-1)
1
2

下面我来画图举例：

大家要用位运算来看这个问题，8-1=7，在二进制里面就是三个1，

val = 0~7时, val &7 都等于 val

val等于8时，val & 7 = 0

当然也可以使用if来判断，比如:

if (w++ >= 7)
{
	w=0;
}
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2
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4

从效率上来说：他先判断，判断之后再去跳转，指令有多条，
如果使用位的清除操作的话，只需要一条指令，

但是现在芯片的运行速度都那么高，浪费一两条指令问题不大，主要还是使用位清除代码更漂亮。

另外，如果是直接溢出，也是可行，不过只能是指定长度，不实用。

比如，比如读写位置都用unsigned char类型：unsigned char r, w;

w =255; w++后就是0，这个限制就很明显了，长度必须是256，

如果是unsigned int w的话，这个长度就必须是: 2^32。

缓冲区空的时候是：r == w

满的时候呢？如果真正地满了：

来看这图，假设w等于6时候, 还要写入一个数据：
写入数据之后，W就指向下一个位置，就是0

这个时候，即缓冲区满的时候，也是 r== w，空和满都是：r == w。

这样的话我们不好写程序判断，所以就退一步，满：下一个写位置 == r

我在写数据之前先判断一下: 下一个写的位置, 是不是等于读的位置，

如果下一个写的位置等于读的位置的话, 我就假设满了，

我宁愿空出一个空位, 就是为了方便写程序。

空： r==w
满 : (w+1)%len == r
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1.2 读操作

我们再来讲读的操作。

这个图里面，w的位置已经绕了一圈。

读的时候怎么读:

val = buf[r];
r = (r + 1) %len
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2

去读出一个数据之后，要更新一下读的位置，读位置的更新，也要 % len，r位置也会绕圈

这图里面，r的位置也要绕圈了.

所以什么叫环形缓冲区，你不断的写，不断的读，不断写不断的读，r,w会绕着跑好几圈。

二、AT指令

对于at指令，我们也只是使用at指令，来使用外接的WiFi模块。

并不涉及WiFi模块里面深层次的知识，后面我们我们会编写串口程序来操作WiFi模块，就会用到环形缓冲区。

但比如说我接收到数据之后，我会马上就处理完，马上清空整个buffer，我自然就不需要环形缓冲区那么复杂。

AT指令在视频中已经讲解很详细了，有问题的学员，可以去论坛提问：百问网官网：点击答疑论坛进入

三、预习安排

布置一下预习的视频和文档：

四、晚课学员提问

1. 问： %也是使用除法吗？

答： 是的，求模也是除法。

2. 问： 环形缓冲区操作中，不用做互斥吗？只能一对一？

答： 对环形缓冲区，如果说只有一个消费者（读数据）、只有一个生产者(写数据)的话，就不需要做互斥操作。如果有多个人写数据、或者有多个人要使用数据，那就要做一些互斥的操作。

3. 问： RTT的环形缓冲区，用一个位作为方向，是不是更优美？

答： 在FreeRTOS里，是这样的：

正常来说，我们写入新的数据时应该写红色位置

写红色位置，就表示说你后面写入的数据呢，是到后面才读

先进先出的关系：FIFO（ First in first out）

那如果说我有些数据非常紧急，我想把它写到最前面去: 就是图片上蓝色位置

这也是可以的, 这就是环形缓冲区的增强版

RTT的环形缓冲区的方向，是不是表示这个意思？我估计，我还没有去看到rtt的具体实现

4. 问： 环形数组保存的是字符，如果我的串口 接收的是字符串，如果接收的一组字符串没有 处理完。被覆盖了怎么办？

答： 环形缓冲区可以大概率的避免数据的丢失，但是如果数据一下子来很多的话，无论什么算法都没有办法避免数据的丢失。

因为你分配了100兆的空间，我就跟你说：突然要来1000兆的数据，
你分配了1000兆的空间，我就跟你说：突然要来1T的数据。

绝对的、保证数据不丢失的方法是没有的。

我们写程序的时候，根据实际的使用情况，来确定buffer的大小。

5. 问： 假设环形缓存区是5，写入15个数据，怎么判断数据的正确性？

答： 写数据的时候, 你可以判断：满的话就返回错误。

6. 问： 串口的环形缓冲区的写和读是同时进行的，还是分别进行的？

答： 在多任务系统中，读和写可以同时进行。对于多任务系统 ，本来就是任务可以同时运行嘛，假设有一个写任务、一个读任务，他们就是同时操作这个buffer。

7. 问： 环形缓冲区中，被覆盖了怎么办？

答： 增加容错处理， 或者增加环形缓冲区的长度。

8. 问： 实际应用很少单字节读写的吧？

答： 首先串口数据的来源肯定是一个字符一个字符的接收，所以最底层的环形缓冲区肯定是单字节。

9. 问： 环形缓冲区满了怎么处理，读时会R==W就认为空了？

答： 满了就丢弃，我给大家贴一下代码。

上面的代码，是GIT仓库里面的，大家更新一下这个仓库就可以看到：

10. 问： 一般工程上的容错处理是怎么做？

答： 一般出错的话，就是：

1. 数据来的太多
2. 处理不过来

如果数据本来就那么多， 你就只能够从处理的效率上入手

比如说：

1. 改进处理算法
2. 在RTOS中，提高优先级
3. 更换频率更快的芯片

或者说：硬件设计上就要多次重传。

11. 问： “我宁愿空出一个空位, 就是为了方便写程序”,是不是意味着环形缓冲的能装的最大数据个数都是 最大长度-1个？

答： 你可以用其他办法，就比如说你在环形缓冲区中增加一个count变量。

根据这个count变量来分辨是空还是满，这样的话，这个环境缓冲区，满的时候就是真正的满了。

12. 问： 程序里面是什么条件的时候读缓冲区？

答： 比如我们的main里面，就可以一直读环形buffer，他一直读、等待你的输入，根据你的输入来操作。

13. 问： 环形缓冲区和读写一般数组有没区别?

答： 没什么区别，主要就是调整读和写的位置，可以从尾部回到头部。

14. 问： 环形缓冲区有没有什么满了触发中断之类的？

答： 基本上没有，这本来就是软件上的概念，满了之后你可以返回错误。

15. 问： 其实可以移植一个成熟的唤醒缓冲的程序，比如Linux中的kfifo或者别的？

答： 你可不要去移植Linux里面的那些kfifo，linux考虑的东西太全了，非常庞大。

16. 问： 一个mcu要用到3个UART需要几个环形缓冲区？？

答： 这要看你的设计，既然是缓冲区，就用来协调双方的。
如果说我的程序要处理数据非常快，你给的数据根本就不够处理，那我干嘛还要用环形缓冲区。

17. 问： 串口数据发送为何不需要缓冲区？

答： 也可以使用，主要是对于数据的发送，我们可以控制。

对于数据的接收，我们不知道数据什么时候来，所以使用环形缓冲区来接收数据。

18. 问： 串口中断收发例程中串口发送丢数据根本原因是什么？收的不对吗。

答： 发送是丢数据？这个问题挺容易查：

1. 确认数据是否写入硬件寄存器
2. UART FIFO是否满了，导致写入无效。

19. 问： 那我做数据采集的时候那不就是必须要用环形缓冲区了吧？

答： 还是那句话，如果我收到一个完整的数据之后可以马上处理，马上清空buff，就不需要环形缓冲区

20. 问： esp8266 可以和手机直连互发消息么，为什么不采用这种形式，而采用连接同一个WIFI再发消息？

答： 可以，但是讲到smartconfig就偏离rtos的主线了。

21. 问： 会讲mqtt吗，之前做过这个连接阿里云？

答： MQTT不会讲，如果大家感兴趣的话，讲完RTOS时候，我们可以用mqtt来做一下实验，我们同事对mqtt了解挺多。

22. 问： static定义静态变量，定义的变量地址会不会改变？

答： 不会变，static变量保存在data段。

23. 问： 除了轮询消抖，还有其它消抖方式的吗？

答： 对于按键消除抖动，我们一般来说都会用到定时器。

在很多系统中，都是使用定时器来处理消抖。

在中断服务程序里面，他并不是马上去确定按键。

而是启动一个定时器，说：20ms后处理。

既然是抖动，就是说这个电平在不断的、快速的变化，多次产生中断。

每产生一个中断，都把定时器的时间往后推20ms。

最后一个中断产生时，他也会往后推20ms。

也就是说多次中断，他们最终只会触发一次定时器。

最后一次中断发生时，抖动已经消除。

最后一次中断，再过20毫秒，这个时候再去读按键。

24. 问： Freertos 这种操作系统，相对于单片机裸机是不是简单点？操作系统是不是调用现成的库或者函数？裸机要写到底层的驱动？

答： FreeRTOS只是提供了多任务的功能，他并没有提供底层的驱动。也就是说对硬件的操作，跟你之前开发的裸机程序是完全一样的。rt-thread跟freertos的差别在于：rtt提供了驱动程序的框架。也就是说，如果别人为rtt写了驱动程序，你就可以直接拿来用

25. 问： 按键消抖 是需要带有定时器功能的io吗 还是一般io就可以了？

答： 我说的定时器是一般的定时器，不是引脚的定时器。有些芯片的引脚，它自带防抖动的功能。但是我讲了这个是一般的定时器，跟引脚没关系。

26. 问： 讲到串口的fputc和fgetc时，视频里说一定要勾选MicroLib，是因为stdio.h这个头文件引用的东西都在MicroLib中吗？

答： printf这个函数是你写的吗？不是，那他是谁提供的？就是Microlib。所以你要用printf等函数，必须勾选上这个库

27. 问： rtos在工业应用的可靠性怎么样，经过那么多年的迭代，从内核和机制而言存在bug的可能性还大吗？大家都说在可靠性要求高的工业应用场合尽量使用裸机？

答： 可靠性很好， 单纯的内核机制都很成熟了。