STM32使用静态队列保存数据

最近在调试CAN总线接口的BootLoader。由于应用程序的代码比较大，升级过程比较慢。所以在不断的优化BootLoader程序，让升级时间尽可能缩短。其中最重要的就是使用了队列，而且使用的是静态队列。本文着重讨论静态队列
静态队列是基于数组的。
动态队列是基于链表的。

为什么使用静态队列而不使用动态队列？
我们先来对比一下静态队列和动态队列的优缺点(这个对比是基于单片机开发对比的)：
动态队列的优点：没有长度的限制，只要堆内存充足，数据就可以入队；
动态队列的缺点：需要使用动态内存申请函数申请内存，申请内存耗费时间；不断的调用malloc和free可能会造成内存碎片化。
静态队列的优点：不需要动态内存申请，不需要耗费动态内存申请时间，不需要担心内存碎片
静态队列的缺点：初始化队列的时候就指定了队列的长度，最多只能存放定义队列时指定的长度；静态队列存在队列满的情况，当队列满时就会入队失败就会丢数据。

权衡了利弊之后此项目我选择了静态队列。

最开始没有使用队列，在ISR中将接收到的数据解析，这样的代码只适应低频率的数据接收，当数据帧与数据帧之间时间较短时，可能还没有处理完本次接收的数据而下一个数据帧又到来时，就会丢数据。
优化以后的程序使用队列，在ISR中将接收到的数据入队，在主循环中只要队列不为空就出队解析数据。这样的代码可以适应高频率的数据接收，因为在ISR中只是入队(将数据拷贝到SRAM)，解析工作留在主循环中。此时可能有大兄弟担心了，如果数据还没有拷贝完成，又有一帧数据到来不就丢数据了吗？大兄弟啊，这个担心完全没必要，因为MCU主频速度通常比外设速度高的多。向SRAM拷贝数据是非常的快，也就是说在下一帧数据到来之前肯定是可以拷贝完成的(传输一帧数据的时间远远大于拷贝一帧数据的时间)。

下面开始介绍静态队列代码
队列用一个结构体组织起来

#define CAN_RING_BUFFER_MAX 100
typedef struct
{
    
	uint8_t phead;//队列头下标
	uint8_t ptail;//队列尾下标
	CanRxMsg buffer[CAN_RING_BUFFER_MAX];//队列缓存
}CAN_Ring_Queue;

队列缓存区buffer是一个数组。物理上是线性的，逻辑上是环形的，也就是首尾相连的。当存储到数组末尾时就开始从头继续存储，如果不是环形的那岂不是存到数组末尾时队列就再无法存储数据了？所以静态队列在使用中必须把它看做环形的。
注意phead和ptail不是指针，而是保存队列头和队列尾的下标，

队列初始化函数

/** * @brief 队列初始化函数 * @param 队列的指针 * @retval 无 */
void queue_init(CAN_Ring_Queue *pqueue)
{
    
	memset(pqueue->buffer,0,sizeof(pqueue->buffer));//队列缓存区清空
	pqueue->phead = 0;//队列头指向缓存区起始地址
	pqueue->ptail = 0;//队列尾指向缓存区起始地址
}

判断队列为空函数

/** * @brief 返回队列是否为空的函数 * @param 队列的指针 * @retval 1表示队列空 0表示队列非空 */
static uint8_t queue_is_empty(CAN_Ring_Queue *pqueue)
{
    
	if (pqueue->phead == pqueue->ptail)//头和尾重合的时候链表为空
	{
    
		return 1;
	}
	else
	{
    
		return 0;
	}
}

判断队列为满函数
因为是静态队列所以有满的时候，动态队列就没有判断满这个函数了

/** * @brief 返回队列是否为满的函数 * @param 队列的指针 * @retval 1表示队列满 0表示队列未满 */
static uint8_t queue_is_full(CAN_Ring_Queue *pqueue)
{
    
	//队列尾加1等于队列头的时候就是队列满的时候
	if (((pqueue->ptail)+1)%CAN_RING_BUFFER_MAX == pqueue->phead)
	{
    
		return 1;
	}
	else
	{
    
		return 0;
	}
}

入队函数

/** * @brief 队列入队函数 * @param 队列的指针,要插入的变量 * @retval 1表示入队成功 0表示入队失败 */
uint8_t queue_insert_end(CAN_Ring_Queue *pqueue,CanRxMsg value)
{
    
	if (queue_is_full(pqueue) == 1)
	{
    
		return 0;//队列已满插入失败
	}
	else
	{
    
		pqueue->buffer[pqueue->ptail] = value;//入队是入到队尾
		pqueue->ptail += 1;//队列尾向后偏移一个单位
		//尾指针指向缓存末尾时再从头开始向后指，实现环形效果
		pqueue->ptail = (pqueue->ptail)%CAN_RING_BUFFER_MAX;
		return 1;
	}
}

出队函数

/** * @brief 队列出队函数 * @param 队列的指针,保存出队变量的指针 * @retval 1表示出队成功 0表示出队失败 */
/********/
uint8_t queue_delete(CAN_Ring_Queue *pqueue,CanRxMsg *pdata)
{
    
	if (queue_is_empty(pqueue) == 1)//队列为空出队失败
	{
    
		return 0; 
	}
	else
	{
    
		*pdata = pqueue->buffer[pqueue->phead];//取出队列头所指向的元素
		pqueue->phead += 1;//队列头向后偏移一个单位
		//头指针指向缓存末尾时再从头开始向后指，实现环形效果
		pqueue->phead = (pqueue->phead) % CAN_RING_BUFFER_MAX;
		return 1;
	}
}

到此静态队列的API就写完了。

定义队列

CAN_Ring_Queue can_receive;						  //CAN缓存结构体变量

初始化队列

queue_init(&can_receive);

在中断函数中入队

/** * @brief CAN邮箱0接收中断函数 * @param 无 * @retval 无 */
void USB_LP_CAN1_RX0_IRQHandler(void)
{
    
	CanRxMsg RxMessage;
	CAN_Receive(CAN1,CAN_FIFO0,&RxMessage);
	queue_insert_end(&can_receive,RxMessage);//此处并没有判断入队是否成功，如果有需要可以判断
}

主函数中出队

/** * @brief 处理CAN总线数据 * @param 无 * @retval 无 */
void processing_can_data(void)
{
    
	CanRxMsg RxMessage;
	if(queue_delete(&can_receive,&RxMessage) == 1)//出队成功
	{
    
		//解析RxMessage就好了
	}
}