互斥环形缓冲区的作用
基于PCIe_DMA缓冲池的流量控制协议
Telecom Power Technology设计应用技术PCIe DMA缓冲池的流量控制协议黄双双，郝一太，罗伟杰（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西随着航空电子的发展，机载计算机对通信性能提出了更高的要求。
PCIe通信方式凭借高吞吐量、低时延及低中央处理器广泛应用于嵌入式计算机通信。
在复杂网络拓扑的PCIe架构中，由于通信节点接收数据和发送数据的协议差异或中间介质差异，导致入向流量和出向流量速率不匹配，造成数据缺失。
因此，文章设计了一种基于的流量控制协议，以控制模块间的通信流量。
利用多级缓冲技术，在节点中配置环形缓冲池，可回收利用总线空间。
利用同步互斥技术为高速数据转发争取时间，避免了多节点设备转发数据出现滞后性和数据缺失问题。
PCIe；直接存储器存取（DMA）；多级缓冲；同步互斥Flow Control Protocol Based on PCIe DMA Buffer PoolHUANG Shuangshuang, HAO Yitai, LUO Weijie(Aeronautics Computing Technology Research Institute Xiavionics, airborne computers 2024年2月10日第41卷第3期17 Telecom Power TechnologyFeb. 10, 2024, Vol.41 No.3黄双双，等：基于PCIe DMA 缓冲池的流量控制协议可回收利用总线空间。
最后，利用同步互斥技术，为高速数据转发争取时间，保证多节点PCIe 总线数据转发存储的实时性和完整性[7]。
在嵌入式场景中，部署基于PCIe DMA 缓冲池的流量控制协议时，开发人员需要在中央处理器（Central Processing Unit ，CPU ）的设备空间中申请缓冲池，限制PCIe 节点的通信空间。
然后，在缓冲池中建立若干个缓冲区，将首位相连形成环形缓冲区，简化通信的使用与回收操作。
缓冲区的作用
缓冲区的作用缓冲区是计算机系统中很重要的一个组件，它在数据传输和处理过程中起到了关键的作用。
缓冲区可以理解为一个临时存储区域，用于暂时存放数据，以便后续的传输和处理。
缓冲区的作用主要有以下几个方面：1. 数据传输和处理的速度匹配：缓冲区可以作为中间站，将数据从一个设备传输到另一个设备。
例如，在计算机的硬盘和内存之间，缓冲区可以起到“缓冲”硬盘和内存之间的数据传输速度差异，避免速度不匹配造成的数据丢失和错误。
2. 数据的批量处理：缓冲区可以将大量的数据收集起来，并且在一定的条件满足时一次性进行处理，提高数据处理的效率。
例如，在网络传输中，数据包可以被暂时存放在缓冲区中，直到到达一定的大小或者时间间隔，才一次性发送出去，减少网络传输的次数和延迟。
3. 确保数据的完整性和顺序性：缓冲区可以暂时存储数据，确保数据的完整性和顺序性。
例如，在网络传输中，数据包可以被暂时存放在缓冲区中，等待前面的数据包到达，保证数据包的顺序。
在数据写入磁盘时，缓冲区可以将数据存放在内存中，等待磁盘的就绪信号再一次性写入，确保数据的完整性。
4. 缓解系统资源压力：缓冲区可以在系统资源不足时起到缓冲作用，暂时存放数据，以便后续的处理。
例如，在网络高峰期，缓冲区可以将到达的数据暂时存放，当资源闲置时再进行处理，减轻对系统资源的压力。
5. 应对临时峰值：在数据传输和处理过程中，可能会出现临时的数据峰值，如果直接传输和处理，可能会导致系统崩溃或者数据丢失。
缓冲区可以应对这些临时的数据峰值，暂时存放数据，以便后续稳定的处理。
综上所述，缓冲区在计算机系统中扮演着重要的角色。
它可以确保数据的完整性和顺序性，提高数据传输和处理的效率，缓解系统资源压力，并且应对临时的数据峰值。
缓冲区的设计和使用需要根据具体的应用场景和需求进行，合理的使用缓冲区可以大大提高计算机系统的性能和稳定性。
串口通讯数据处理算法分析与实现
串口通讯数据处理算法分析与实现【摘要】本文介绍了串口通讯数据接收处理的一般方法。
该方法利用循环FIFO缓冲区，获取串口数据，并根据状态转移法对通讯报文进行分析，从而获得符合协议要求的有效报文。
文章通过实例验证了状态转移法分析串口通讯数据的有效性，为实际的工程应用提供了一定的指导。
【关键词】循环缓冲区;串口通讯数据处理;状态转移法1.应用背景在目前很多的工程化控制应用中，大部分采用了PC机和多台单片机构成的主从系统。
单片机主要进行数据采集，处理现场信号，驱动执行机构;PC机则通过对单片机进行集中管理，完成信息显示，数据运算并做出决策以分配任务。
PC 机与单片机之间则需通过通讯方式完成数据交互，在众多通讯接口中，串口通讯应用比较普遍。
串口通讯方式有三种：RS232、RS422和RS485;RS-232是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。
RS-422由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232的不足而提出的。
为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。
RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。
由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。
串口通讯是按照字节流的方式来进行的，即每中断一次，表明成功传送或者接收一个字节。
linux 管道的环形buffer(缓冲区) 实现原理
linux 管道的环形buffer（缓冲区）实现原理标题：Linux管道的环形缓冲区（缓冲区）实现原理在Linux系统中，管道（Pipe）是一种常用的进程间通信方式，主要用于在父子进程之间或者同时运行的进程之间进行数据交换。
而在管道的实现中，环形缓冲区（Buffer）扮演了重要的角色。
本文将详细介绍Linux管道的环形缓冲区的实现原理。
一、环形缓冲区的概念环形缓冲区，也称为循环缓冲区，是一种数据结构，其特点是当数据写入或读取到达缓冲区的末端时，新的数据可以继续在缓冲区的开始处写入或读取，形成一个循环。
这种数据结构在管道、队列等场景中广泛应用。
二、Linux管道的环形缓冲区实现原理1. 缓冲区分配：Linux系统为管道分配一个环形缓冲区，大小由管道的大小参数决定。
缓冲区通常以字节为单位进行操作。
2. 数据传输：当一个进程通过管道向另一个进程发送数据时，数据首先被写入缓冲区。
进程间通过特定的系统调用（如read和write）进行数据传输，这些调用会检查缓冲区是否有可用的空间，如果有，则从缓冲区读取或写入数据；如果没有，则等待直到有空间可用。
3. 缓存溢出处理：为了避免数据丢失，当缓冲区已满时，新写入的数据会被丢弃。
Linux系统会根据一定的策略（如最近最少使用算法）来决定丢弃哪个数据。
同时，如果读进程无法从缓冲区读取数据，Linux系统会触发一个信号（信号处理函数通常会重置读指针并通知进程）通知读进程缓冲区已空。
4. 线程安全：Linux系统中的管道通常是由内核线程管理的，因此环形缓冲区的操作通常是线程安全的。
多个进程可以同时读写同一个管道，而不会出现数据竞争或冲突的情况。
5. 内存管理：环形缓冲区的内存通常由操作系统进行管理。
当一个进程不再需要使用一个环形缓冲区时，它应该将其释放以供其他进程使用。
三、环形缓冲区的优化为了提高性能和效率，Linux系统对环形缓冲区进行了许多优化：1. 缓存预取：当一个进程将要写入大量数据时，Linux系统会预先从磁盘读取缓冲区所需的数据，以减少磁盘I/O操作。
环行队列的知识点总结
环行队列的知识点总结一、环形队列的定义环形队列是一种特殊的队列，它采用循环数组的方式来实现。
环形队列和普通队列相比，能够更好地利用内存空间，减少内存的浪费。
二、环形队列的特点1. 采用循环数组存储数据，解决了普通队列在入队出队操作中浪费内存空间的问题；2. 使用两个指针来标识队头和队尾，实现循环队列的功能；3. 环形队列的长度固定，当队列满时，无法插入新的元素；4. 环形队列的插入和删除操作都具有较高的效率。
三、环形队列的基本操作1. 初始化：创建一个具有固定大小的环形队列，并初始化队头和队尾指针。
2. 入队操作：向队尾指针所指向的位置插入一个新的元素，并更新队尾指针。
3. 出队操作：删除队头指针所指向的元素，并更新队头指针。
4. 判空操作：当队列为空时，队头指针和队尾指针相等。
5. 判满操作：当队列满时，队尾指针的下一个位置等于队头指针。
四、环形队列的实现1. 环形队列可以采用数组来实现，同时需要两个指针来标识队头和队尾。
2. 入队操作：判断队列是否满，若满则无法插入新元素；若不满，则将新元素加入到队尾，并更新队尾指针。
3. 出队操作：判断队列是否空，若空则无法删除元素；若非空，则删除队头元素，并更新队头指针。
4. 注意循环数组的处理，当队尾指针到达数组的末尾时，需要将其指向数组的起始位置。
五、环形队列的应用1. 缓冲区：环形队列可以用于实现缓冲区，存储需要处理的数据。
2. 消息队列：在系统中，环形队列可以用作消息队列，实现进程间的通信。
3. 循环播放：在媒体播放器中，可以使用环形队列来实现音乐或视频的循环播放功能。
4. CPU调度：操作系统中可以使用环形队列来实现CPU的任务调度。
六、环形队列的优缺点1. 优点：能够更好地利用内存空间，减少内存的浪费；具有较高的效率和性能；2. 缺点：长度固定，无法动态扩展；插入和删除操作需要维护两个指针，实现稍复杂。
七、环形队列的应用场景1. 需要高效的队列数据结构；2. 内存空间有限，需要更好地利用内存；3. 需要循环存储数据的场合。
环形缓冲区 c语言 实现
环形缓冲区 c语言实现环形缓冲区是一种用于缓存数据的数据结构，在C语言中可以通过数组实现。
其主要特点是它可以像一个循环队列一样重复利用空间，有效地节约内存。
实现一个环形缓冲区的方法如下：首先，我们需要定义一个结构体来表示缓冲区。
这个结构体包含以下几个元素：1. buf ：代表缓冲区的数组；2. head ：代表缓冲区的头指针，也就是缓冲区中最早添加的元素的位置；3. tail ：代表缓冲区的尾指针，也就是缓冲区中最近添加的元素的位置；4. size ：代表缓冲区的容量，也就是能够存储的元素个数。
代码如下：```typedef struct {int *buf; // 缓冲区的数组int head; // 缓冲区头指针int tail; // 缓冲区尾指针int size; // 缓冲区大小} CircularBuffer;```接下来，我们需要实现缓冲区的几个基本操作，包括初始化、添加元素、取出元素、判断缓冲区是否为空和是否已满等。
具体实现如下：初始化操作：```void circularBufferInit(CircularBuffer *cb, int size) {cb->buf = (int *)malloc(size * sizeof(int));cb->head = 0;cb->tail = 0;cb->size = size;}```添加元素操作：```void circularBufferAdd(CircularBuffer *cb, int data) { cb->buf[cb->tail] = data;cb->tail = (cb->tail + 1) % cb->size;if (cb->tail == cb->head) {cb->head = (cb->head + 1) % cb->size;}}```取出元素操作：```int circularBufferGet(CircularBuffer *cb) {if (cb->head == cb->tail) {return -1; // 缓冲区为空} else {int data = cb->buf[cb->head];cb->head = (cb->head + 1) % cb->size;return data;}}```判断缓冲区是否为空：```bool circularBufferIsEmpty(CircularBuffer *cb) {return cb->head == cb->tail;}```判断缓冲区是否已满：```bool circularBufferIsFull(CircularBuffer *cb) {return (cb->tail + 1) % cb->size == cb->head;}```最后，需要在使用完缓冲区后，释放分配的内存：```void circularBufferDestroy(CircularBuffer *cb) {free(cb->buf);}```至此，一个简单的环形缓冲区就实现完成了。
生产消费系统实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。
2. 进一步认识并发执行的实质。
3. 验证用信号量机制实现进程互斥的方法。
4. 验证用信号量机制实现进程同步的方法。
二、实验环境1. 操作系统：Windows 102. 编程语言：C语言3. 开发工具：Visual Studio三、实验内容1. 生产者和消费者模型介绍生产者和消费者模型是操作系统中常见的一种并发控制模型，用于解决多个进程之间的同步和互斥问题。
在该模型中，生产者负责生成数据，消费者负责消费数据。
生产者和消费者通过共享资源（如缓冲区）进行通信。
2. 实验设计（1）环形缓冲区为了实现生产者和消费者的同步，我们设计了一个环形缓冲区，由若干个大小相等的缓冲块组成。
每个缓冲块可以容纳一个产品。
环形缓冲区的指针分别指向当前的第一个空缓冲块和第一个满缓冲块。
（2）信号量为了实现进程互斥和同步，我们使用了三个信号量：① 公用信号量：用于实现临界区互斥，初始值为1。
② 生产者私用信号量：用于实现生产者与消费者之间的同步，初始值为0。
③ 消费者私用信号量：用于实现生产者与消费者之间的同步，初始值为0。
（3）生产者进程生产者进程负责生成数据，并将数据存入环形缓冲区。
当环形缓冲区满时，生产者进程等待；当环形缓冲区有空位时，生产者进程继续生成数据。
（4）消费者进程消费者进程负责从环形缓冲区中取出数据并消费。
当环形缓冲区空时，消费者进程等待；当环形缓冲区有数据时，消费者进程继续消费数据。
3. 实验步骤（1）创建生产者进程和消费者进程。
（2）初始化信号量。
（3）运行生产者进程和消费者进程。
（4）按任意键停止程序，显示当前系统的各个参数的值。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过运行实验程序，我们可以观察到生产者和消费者进程的运行情况。
当按下任意键停止程序时，程序将显示当前系统的各个参数的值，包括环形缓冲区的空位数量、生产者和消费者的状态等。
2. 分析（1）互斥：通过公用信号量实现生产者和消费者对环形缓冲区的互斥访问，防止了同时操作缓冲区的问题。
单片机环形缓冲区
单片机环形缓冲区
单片机环形缓冲区是一种常用的数据存储方式，它具有循环利用空间的特点，可以有效地解决数据存储和传输过程中的数据拥塞问题。
在实际应用中，环形缓冲区常用于串口通信、音频处理、图像处理等领域。
环形缓冲区的实现原理是通过两个指针来确定缓冲区的起始位
置和结束位置，当数据写入缓冲区时，写指针指向的位置不断向后移动，当写指针到达缓冲区的末尾时，它就会自动回到缓冲区的起始位置，实现数据的循环存储。
当需要读取数据时，读指针指向的位置也会不断向后移动，当读指针到达写指针所在的位置时，说明已经读取了所有的数据，此时可以重新开始写入新的数据。
在使用环形缓冲区时，需要注意以下几点：
1. 缓冲区的大小应该预留一定的空间，以防止缓冲区溢出。
2. 在读取数据时，需要判断是否已经读取了所有的数据，避免
出现数据重复读取的情况。
3. 在写入数据时，需要判断缓冲区是否已满，如果已满，需要
采取相应的措施，如丢弃部分数据或者等待缓冲区有空闲空间。
4. 当多个任务同时访问缓冲区时，需要采取相应的同步措施，
以避免数据冲突和竞争条件。
总之，单片机环形缓冲区是一种简单、高效、可靠的数据存储方式，它在各种嵌入式应用中都得到了广泛的应用。
掌握环形缓冲区的实现原理和使用方法，对于提高系统的性能和可靠性具有重要的意义。
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互斥环形缓冲区是一种用于解决多线程或多进程之间数据共享和同步的数据结构。
它的作用主要有以下几个方面：
1. 数据共享：多个线程或进程可以通过互斥环形缓冲区共享数据。
每个线程或进程可以将数据写入缓冲区，其他线程或进程可以从缓冲区中读取数据。
这样可以实现数据的共享和传递。
2. 数据同步：互斥环形缓冲区可以用于实现线程或进程之间的同步。
当一个线程或进程在写入数据时，其他线程或进程必须等待，直到写入完成。
同样，当一个线程或进程在读取数据时，其他线程或进程也必须等待，直到读取完成。
这样可以避免数据的竞争和冲突。
3. 缓冲功能：互斥环形缓冲区可以作为一个缓冲区，用于存储数据。
当写入数据的速度快于读取数据的速度时，可以将数据暂时存储在缓冲区中，以便后续读取。
这样可以平衡数据的生产和消费速度，提高系统的效率。
4. 降低系统开销：互斥环形缓冲区可以减少线程或进程之间的通信开销。
通过将数据存储在缓冲区中，线程或进程之间可以通过读写缓冲区来传递数据，而不需要频繁地进行线程
或进程之间的通信。
这样可以降低系统的开销，提高系统的性能。
总之，互斥环形缓冲区可以提供一种高效、安全和可靠的数据共享和同步机制，适用于多线程或多进程的并发编程场景。