ringbuf{ buf[m axlen]; rptr ; wplr; 环形缓冲区该写操作的分析与实现 环 形 缓 冲区是嵌人式系统中一种重要的常用数据结构.在多任务环境下实时， 如果有多个读写任务.一般需要用信号量来保护多个任务共享的环形缓冲区。但 是如果只存在1个读任务和1个写任务，采取适当的措施可以避免使用信号量，从 而提高程序的执行效率，并且避免任务间竟争所造成的不一致性。 1 单线程下的实现 先 定 义一 个简单的环形缓冲区数据结构;基于这样 一个条件，当环形缓冲区满时，不能再往里写数据了。 struct uint8 uint8 uint8 } 数据元素是无符号8位整数，maxlen代表环形缓冲 区的最大长度，rptr为读指针，wptr为写指针。读写指 针初始化为rptr=wptr=0· 1.1 读操作的实现 BOOL readbuf(struct ringbuf *mybuf, uint8' readdata)I /队 列 为 空 if(mybuf一>rptr == mybuf-> wptr) return FALSE; else{ 把队列里有数据，读出来 'readdata = rrty buf->buf[mybuf->印tr]; mybuf-> rptr + +; //调 整 读 指 针 ，以防止读指针越界 mybuf-> rptr- mybuf->rptr/ maxlen; return TRUE ; } } 该函数在缓冲区为空时返回FALSE。在缓冲区有数据时，1次读1个敌据元素，存 放在readdata所指向的变量里，并返回TRUE. 2 写操作的实现 BOOL writebuf(struct ringbuf" mybuf ,uint8 writedata)] /队 列 为 满 if(mybuf->rptr--=((mybuf->wptr+l)%maxlen)) return FALSE; else{ /队 列 有 空 位 置，写数据 my bu f-> bu f[m ybuf->wptr]=writedata; my bu f-> w ptr + +; /调 整 写 指 针 ，以防止写指针越界 my bu f-> wp tr- m ybuf->wptr%maxlen; ret ur nT R U E; 

} } 在 判 断 缓冲区是否满的条件中.之所以要摸maxlen， 是因为假设读写指针为 图1所示， wptr所指的位置为空。为了区分缓冲区满和空两种情况的判定条件，此种情况缓 冲区被认为是已满。如果不采取模运算，wptr+l!=rptr，将认为可以继续写数据， 从而当写操作结束时，读写指针相等，会误认为队列空。该函 数 在 缓冲区为 满时返回FALSE;在队列有空位 置时写人一个数据元素.并返回TRUE. 2 并发条件下如何控制竞争 2.1 防止竞争的必要性 假设 写 任 务进行写操作时在语句mybuf->wptr++执行完时被打断，如图2所示， 此时写指针wptr所处的位置是非法的。当系统被切换到读任务时，如果读任务有 读多个数据的企图，那么不但应该读出的数据被读出来了，而且当读指针被调整 为0时、会将以前已读出的数据重复读出来。这种出错行为是由于写指针的不正 确位置所导致的。假设 读 任 务进行读操作在语句mybuf->rptr+十执行完时被 打断，如图3所示，此时读指针rptr所处的位置是非法的。当系统被切换到写任 务时，如果写任务有写多个数据的企图那么当写指针指向缓冲区的末尾时，本来 缓冲区应处于满状态，不应再写了。但由于读指针所处的非法位置。在读任务获 得控制权之前，写任务认为缓冲区总是有空位置，将会租盖填写还没有读出去的 数据。 2.2 使用信号量 通过 上 述 分析可知，虽然读指针只由读任务来改写，写指针只由写任务来改 写;但是读任务要用到写指针，写任务要用到读指针，读写指针处于一个非法位 

置时会给对方的判断造成错误。如果引人信号且机制，有效地保护临界区代码， 问题自然会得以避免。 2.3 改变读写指针的赎值方式 既 然 出 错都是由读写指针所处的非法位置引起的，那么修改读写指针时应注 意，不要赋非法位置。读写指针的值要么是还没有修改的要么是修改以后的正确 值，避免错误的值出现在读写指针中。另外还必须结合所使用的处理器，保证对 读写指针所定义的数据类型的赋值操作是原子性的。例如:如果所用处理器对16 位变量的赋值不是用一条指令实现的，需要分别对低字节和高字节进行操作那么 读写指针的数据类型就不能定义成16位的，或者说读写指针的使用范围应限制在 256以内。按照此种方法，假设处理器对8位变且的赋值是原子性的，读写操作可 以被改写为: BOOL readbuf(structri ngbuf* mybufu int8*re addata)I uin t8 t emp; /队 列为空 if(m y bu f一>rptr= =m ybuf一>wprt) ret unr F AL SE ; els e( /队 列 里 有 数 据，读出来 *er add at a=m y buf->buljmybuf->rprt); /j调 整 读 指 针 ，以防止读指针越界 tem p= m y bu f->rprt; tem p= ( tem p +l)0f omaxlen; my bu f-> 印 tr= temp; ret unr TR U E ; } } BOOL writebuf(structri ngbuf* mybufu int8w ritedata){ uin t8 t emp; /1队 列为满 if(m ybuf->rptr--((mybuf->wptr+l)%mmlen)) ret ur nF A LS E ; els e谭 /队 列 有 空 位 置，写数据 my bu f-> bu fjm ybuf->wprtl=writedata; /调 整 写 指 针 ，以防止写指针越界 tem p= m yb uf ->wprt; tem p= (t e m p+ 1)%maxlen; my bu f-> wp tr -temp; ert unr T R UE ; } } 引入 临 时 变量temp是为了进一步防范有些编译器在编译像 temp=( temp+1)%maxlen这种语句时，在最终赋值变且前有可能修改变里的值。 这样，无论读写操作在何处被打断，都不会引起出错。班 

参考 文 献 I 昊 群 .实时任务处理程序设计中“易变的’。变量.单片 机与嵌入式系统应用，2003 (4):77-78 2 La bro sseJe anJ. uc/OS-II一源码公开的实时嵌入式操 作系统.邵贝贝译.北京:中国电力出版社，2001 3 赵 克 佳，沈志宇等.UNIX程序设计教程.北京:清 华大学出版社，2001 实现代码： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. package thread; public class CircularBuf { int NMAX=3; int iput = 0; /* 环形缓冲区的当前放人位置 */ int iget = 0; /* 缓冲区的当前取出位置 */ int n = 0; /* 环形缓冲区中的元素总数量 */ double buffer[]=new double[3]; /* 环形缓冲区的地址编号计算函数，，如果到达唤醒缓冲区的尾部，将绕回到头部。 环形缓冲区的有效地址编号为：0 到(NMAX-1) */ public int addring (int i){ return (i+1) == NMAX ? 0 : i+1; } /* 从环形缓冲区中取一个元素 */ public double get() { int pos; if (n>0){ pos = iget; iget = addring(iget); n--; System.out.println("get-->"+buffer[pos]); return buffer[pos]; }else { System.out.println("Buffer is Empty"); 

return 0.0; } } /* 向环形缓冲区中放人一个元素*/ public void put(double z){ if (n