数据队列结构与操作

　　嵌入式系统里面经常涉及到一些具有明显先后顺序的数据，如键盘数据、A/D采样数据、D/A输出数据、用户指令序列、远程指令等等，这些数据都具有顺序性，和到来的时间先后有关，并且很多时候需要被一一解析，这些数据的特点就像流水，从此地依次流过。

　　在操作系统里面，并非每个时刻CPU都有时间来处理即时到达的数据，这时数据需要被缓冲暂存起来，而这种被处理的具体时间在很多时候也是未知的，所以需要缓存多少个数据也是未知的，在这种状况下，通常有两种数据需求存在：

　　1、要求最先到达的数据必须被保留，而不被后续数据冲掉。

　　2、要求总是能得到最新到来的数据，之前的数据被遗忘掉。

　　以上所有特征，都涉及到一种队列数据结构，第一种对应单向队列结构，数据具有阻塞性质，即FIFO。第二种对应于循环队列数据结构，数据总是保持最新的。队列是非常常见的数据结构，在嵌入式系统里面随处可见，但需要人为构建。

　　以下方法，将实现两种队列操作。

//-------队列结构定义-------------
typedef struct _TTS_QueueMsg
{
void * 	Msgs;				　　　　//定义队列体
uint8	MsgSize;				//定义队列消息单体大小
uint16 	MsgLenth;				//定义队列消息体容量
uint16 	MsgStart;				//定义队列首指针
uint16 	MsgTotal;				//定义队列有效消息长度
}TTS_QueueMsg;

　　以上定义了队列的基本结构，队列由指向队列消息体的指针以及若干属性构成，*Msgs是一个void型的指针，说明其可以容纳任何类型的消息，MsgSize指明了一个消息单体的大小，以字体为单位，MsgLenth/MsgStart/MsgTotal定义了当前队列的容量以及游标属性，可以通过MsgLenth属性和MsgTotal属性来判断当前队列是否已发生溢出，而MsgStart则可以获取到队列的访问位置。

/*---------------------------------------------------------------------------------------------
Func: 循环队列操作,创建队列
Time: 2010-1-29
Ver.: V1.0
Note: *Qmsg/队列实体指针	QmsgLenth/队列容量	*Msgs/队列消息地址	MsgSize/消息单体长度(字节)
---------------------------------------------------------------------------------------------*/
void TTS_QueueMsg_Create(TTS_QueueMsg *Qmsg, uint16 MsgLenth, void *Msgs,  uint8 MsgSize)
{
Qmsg->MsgStart=0;
Qmsg->MsgTotal=0;
Qmsg->MsgLenth=MsgLenth;
Qmsg->MsgSize=MsgSize;
Qmsg->Msgs=Msgs;
}

　　

　　以上方法用一个比较通用的格式实现了队列的声明，将初始化队列访问游标，以及有效数据统计。同时需要指定队列消息缓冲区位置，以及消息单体属性。

/*-----------------------------------------------------------------
Func: 队列操作,循环入队方式操作
Time: 2010-1-29
Ver.: V1.0
Note: 执行初始化操作
*Qmsg/队列地址	*Msg/消息单体
注: 限制队列有效消息总数可以实现等待队列,即非循环方式
-----------------------------------------------------------------*/
void TTS_QueueMsg_InCycle(TTS_QueueMsg *Qmsg, void *Msg)
{
uint8 i,*MsgA,*MsgB;
uint16 T,N;
T=(Qmsg->MsgStart+Qmsg->MsgTotal)%Qmsg->MsgLenth;	//计算入队位置
N=T*Qmsg->MsgSize;					//计算相对偏移
MsgA=(uint8 *)Qmsg->Msgs + N;			//计算消息目标地址
MsgB=(uint8 *)Msg;					//计算消息源地址
for(i=0;i<Qmsg->MsgSize;i++)*MsgA++=*MsgB++;		//消息复制到队列
Qmsg->MsgTotal++;					//更新消息总数
}

　　以上方法实现了循环队列的写入操作，首选根据当前的游标位置和有效消息体总数计算出写入偏移位置，然后映射到实际的队列缓冲区写入位置，由起始位置+偏移的方式得到，然后按照字节方式将源消息拷贝到目标缓冲区，然后更新游标位置。在这个过程中，对于入队位置的计算是很重要的，其实现了循环写入方式是因为求余运算的特殊性质。对于消息单体的数据长度属性MsgSize的指定在此处用于计算消息位置和实际的拷贝长度，由于程序采用硬拷贝方法，所以对于具体数据结构具有无关性，而仅需要得到精确的消息大小信息，这可以用sizeof()方法得到。

/*-------------------------------------------------------------------
Func: 队列操作,FIFO入队方式操作
Time: 2010-1-29
Ver.: V1.0
Note: 消息按FIFO阻塞方式进入队列
*Qmsg/队列地址	*Msg/消息单体
注: 非循环方式
返回:  0xFFFF/队列溢出,入队失败  >=0/剩余消息数
--------------------------------------------------------------------*/
uint16 TTS_QueueMsg_InFifo(TTS_QueueMsg *Qmsg, void *Msg)
{
uint8 i,*MsgA,*MsgB;
uint16 T,N;
if(Qmsg->MsgTotal>=Qmsg->MsgLenth)return 0xFFFF;
T=(Qmsg->MsgStart+Qmsg->MsgTotal)%Qmsg->MsgLenth;	//计算入队位置
N=T*Qmsg->MsgSize;					//计算相对偏移
MsgA=(uint8 *)Qmsg->Msgs + N;			//计算消息目标地址
MsgB=(uint8 *)Msg;					//计算消息源地址
for(i=0;i<Qmsg->MsgSize;i++)*MsgA++=*MsgB++;		//消息复制到队列
Qmsg->MsgTotal++;					//更新消息总数
return Qmsg->MsgTotal;
}

　　

　　以上方法实现了单向队列FIFO的写入操作，与循环队列仅不同的是对于消息写入位置的算法，这里加入限制条件，用于判断队列缓冲区是否出现溢出，若溢出则拒绝写入新消息，以实现阻塞控制。写入具体过程与循环队列相同。

/*-------------------------------------------------------------------------
Func: 队列操作,出队操作
Time: 2010-1-29
Ver.: V1.0
Note: *Qmsg/消列队列地址	*Msg/单体消息接收容器
return/ >=0: 剩余消息数量	=-1(0xFFFF):无消息,接收失败
-------------------------------------------------------------------------*/
uint16 TTS_QueueMsg_Output(TTS_QueueMsg *Qmsg, void *Msg)
{
uint8 i,*MsgA,*MsgB;
uint16 N;
if(Qmsg->MsgTotal)                                           //是否空队列
{
N=Qmsg->MsgSize * Qmsg->MsgStart;
MsgA=(uint8 *)Qmsg->Msgs + N;　　　　　　　　　　　　　//求队首地址
MsgB=(uint8 *)Msg;
for(i=0;i<Qmsg->MsgSize;i++)*MsgB++=*MsgA++;       //拷贝消息
Qmsg->MsgStart=(Qmsg->MsgStart+1)%Qmsg->MsgLenth;
return ( --(Qmsg->MsgTotal));　　　　　　　　　　　　　//返回余下消息数
}
return 0xFFFF;
}

　　

　　以上方法实现了队列的消息出队操作。对于非空队列，首先从游标获得其队首位置，然后从该地址拷贝队首消息，之后更新游标并返回队列中的剩余消息数，以便继续操作。

　　以上用四个方法实现了单向队列以及循环队列的入队出队操作，具有通用性，在此基础上，还能实现队列的高级功能，如排序、插队、逆转等。