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c语言环形缓冲区

发表于 2024-01-02 本文字数： 888 阅读时长 ≈ 3 分钟

2024第一天，继续给自己加点料。

导言

C语言环形缓冲区是一种常用的数据结构，它提供了一种高效的方式来存储和处理数据。本文将深入解析C语言环形缓冲区的定义、原理和应用，并提供一些实际的代码示例。

一、什么是环形缓冲区

环形缓冲区，也称为循环缓冲区或环形队列，是一种具有固定大小的缓冲区，其特点是当缓冲区已满时，新的数据将覆盖最旧的数据。它主要由两个指针（头指针和尾指针）和一个固定大小的数组组成。

二、环形缓冲区的原理

1. 数据结构

环形缓冲区的主要数据结构是一个数组，用于存储数据。此外，还需要两个指针来标识缓冲区的头和尾。

#define BUFFER_SIZE 10

typedef struct {
    int buffer[BUFFER_SIZE];
    int head;
    int tail;
} CircularBuffer;

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程序员竞争力进阶指北

发表于 2024-01-02 本文字数： 3.5k 阅读时长 ≈ 13 分钟

这两天在逛社区时，偶然看到一个程序员竞争力矩阵，感觉不管是选择卷，还是选择躺，搞技术的都应该渐进式提高自己的能力，对自己的能力发展做一个计划，而这个表格则可以作为一个路标参考，让我们在技术上不断进步。

这个竞争力矩阵涵盖了计算机科学、软件工程、编程、经验和知识等多个方面。

计算机科学

数据结构

Level 0: 不了解数组和链表的区别
Level 1: 能够在实际编程任务中解释和使用数组、链表、字典等基本数据结构
Level 2: 熟悉基本数据结构的空间和时间权衡，如数组 vs 链表，能够解释哈希表的实现原理并处理冲突，了解优先队列及其实现方式等
Level 3: 掌握高级数据结构，如B树、二项堆、斐波那契堆、AVL/红黑树、伸展树、跳表、Trie等

算法

Level 0: 无法找到数组中数字的平均值
Level 1: 掌握基本的排序、搜索和数据结构遍历和检索算法
Level 2: 理解树、图、简单的贪心算法和分治算法，并能够理解这些矩阵级别的相关性
Level 3: 能够识别和编写动态规划解决方案，熟悉图算法和数值计算算法，能够识别NP问题等

系统编程

Level 0: 不了解编译器、链接器或解释器是什么
Level 1: 基本了解编译器、链接器和解释器，理解汇编代码以及硬件层面的工作原理，了解虚拟内存和分页等知识
Level 2: 理解内核模式与用户模式、多线程、同步原语及其实现方式，能够阅读汇编代码，了解网络工作原理、网络协议和套接字级编程等知识
Level 3: 理解整个编程栈，包括硬件（CPU + 内存 + 缓存 + 中断 + 微码）、二进制代码、汇编语言、静态和动态链接、编译、解释、JIT编译、垃圾回收、堆栈、内存寻址等知识

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FreeRTOS 中断处理的基础概念

在 FreeRTOS 中，中断处理是通过中断服务例程（ISR，Interrupt Service Routine）实现的。中断服务例程是一个在中断发生时由操作系统调用的函数。FreeRTOS 提供了一些用于在中断处理中使用的函数，以确保在中断上下文中正确使用实时操作系统。

中断服务例程的注册和处理

FreeRTOS 允许用户在中断服务例程中注册中断处理函数。这可以通过 xTaskGetSchedulerState 函数来判断系统的状态，以决定是否需要调用 FreeRTOS 的中断处理函数。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

void vISRHandler(void)
{
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

    // 中断处理代码

    // 通知等待的任务发生了事件
    vTaskNotifyGiveFromISR(/*任务句柄*/, &xHigherPriorityTaskWoken);

    // 如果有任务的优先级高于当前运行的任务，需进行任务切换
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

int main(void)
{
    // 注册中断服务例程
    registerISRHandler(vISRHandler);

    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskFunction, "Task", 1000, NULL, 1, NULL);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    return 0;
}

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简介

CH348Q是沁恒出品的一款USB转8路串口的芯片，USB为2.0接口，其中4路串口支持流控，另外4路不支持流控，之前介绍过一款开源USB转8路串口的板子，文章链接：https://mp.weixin.qq.com/s/KsrV3nwemQyq3tdv7Lky_g；

今天再开源一款USB转4路RS422+4路RS485电路板，电路板采用分层设计，分为上下两层，下层是USB转4路RS422，上层是4路RS485，两层采用铜柱链接，如图：

RS422

RS485

实物图如下：

实物图

一般来讲，我们若使用多路422或485的时候，采用的方法就是使用多个USB转接模块，那样常遇到不知道串口号和模块的对应关系，尤其在无人值守的自启动程序中，这个就非常尴尬。

但是这个模块可以轻松识别到每一路的串口号，不需要每回启动都要选择串口，具体方法请看我以前发过的文章；

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freertos时间管理和定时器

发表于 2024-01-02 本文字数： 1.7k 阅读时长 ≈ 6 分钟

FreeRTOS 是一个开源的实时操作系统，提供了丰富的时间管理和定时器功能，用于实现任务调度、延时等操作。在本文中，我们将深入探讨 FreeRTOS 的时间管理和定时器相关的内容。

时间管理

FreeRTOS 提供了以下几种与时间相关的管理功能：

1. `vTaskDelay`函数

vTaskDelay 函数用于使任务进入阻塞状态，以实现延时功能。延时的时间以 FreeRTOS 的时钟节拍（tick）为单位。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    // 任务执行的代码

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));  // 延时 1000 毫秒
}

2. `vTaskDelayUntil` 函数

vTaskDelayUntil 函数用于设置任务的周期性执行，它在指定的绝对时间执行任务，而不是相对于当前时间的相对延时。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    TickType_t xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();

    for (;;)
    {
        // 任务执行的代码

        // 等待下一个周期
        vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

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freertos任务间通信与同步

发表于 2024-01-02 本文字数： 2.6k 阅读时长 ≈ 9 分钟

在嵌入式系统中，任务管理是一个重要的部分，它涉及到任务之间的通信和同步，信号量，队列，互斥锁和事件标志组等概念。本文将以FreeRTOS为例，详细讲解这些内容。

1. 任务间通信与同步概述

在FreeRTOS中，任务是由一个或多个函数组成的独立的执行流，它们可以独立的运行和调度。任务之间的通信和同步是任务管理的核心内容之一。任务间的通信是指一个任务向另一个任务传递信息，而同步则是指多个任务按照一定的顺序执行。FreeRTOS提供了多种任务间通信和同步的机制，包括信号量，队列，互斥锁和事件标志组等。

2. 信号量的使用与实例

信号量（Semaphore）是FreeRTOS中一种常用的同步机制，主要用于任务间和中断服务例程（ISR）间的通信。它们被用来保护共享资源，使得只有一个任务或者中断服务例程可以访问共享资源，避免了资源冲突的问题。

FreeRTOS中的信号量主要有两种类型：计数信号量和二值信号量。

计数信号量（Counting Semaphore）：是一种可以持有多个“计数”或者“票”的信号量。例如，如果你有一些共享资源，每个资源都需要独立的访问控制，你就可以使用一个初始计数等于资源数量的计数信号量。当一个任务需要访问一个资源时，它会尝试“获取”一个信号量。如果信号量计数大于0，那么信号量计数减1，任务继续执行。如果计数为0，那么任务就会阻塞，直到信号量计数大于0。当任务不再需要访问资源时，它应该“释放”信号量，信号量计数加1。
二值信号量（Binary Semaphore）：是一种只有两个值（0和1）的特殊信号量。它通常被用作任务之间或者任务与中断服务例程之间的同步机制。当信号量的值为1时，任务可以获取信号量并继续执行。当信号量的值为0时，任务尝试获取信号量会被阻塞，直到信号量的值变为1。二值信号量也可以被用作互斥量（Mutex），用于保护共享资源的访问。

在FreeRTOS中，信号量的操作主要有创建（xSemaphoreCreateBinary, xSemaphoreCreateCounting等函数）、获取（xSemaphoreTake函数）和释放（xSemaphoreGive函数）。在中断服务例程中，获取和释放信号量的函数有所不同，分别为xSemaphoreTakeFromISR和xSemaphoreGiveFromISR。

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freertos任务调度

发表于 2024-01-02 本文字数： 3.5k 阅读时长 ≈ 13 分钟

引言

FreeRTOS是一个流行的小型开源实时操作系统，广泛应用于嵌入式系统领域。本文旨在详细介绍FreeRTOS的任务调度机制，我们将探讨其调度算法的原理，分析调度器的源码，并通过图表帮助理解调度过程。

FreeRTOS基础

实时操作系统简介

实时操作系统（RTOS）是为了能在规定的时间内完成特定任务的操作系统。与通用操作系统不同，实时性是其最重要的特征。

FreeRTOS的特点

轻量级：占用资源少，适合资源受限的嵌入式系统。
可裁剪：根据需要启用或禁用功能。
多任务支持：支持抢占式和协作式多任务处理。
优先级调度：任务根据优先级进行调度。

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freertos任务管理

发表于 2024-01-02 本文字数： 1.2k 阅读时长 ≈ 5 分钟

任务概述

任务是FreeRTOS中最基本的调度单元，它是一段可执行的代码，可以独立运行。FreeRTOS中的任务是基于优先级的抢占式调度，优先级高的任务可以抢占优先级低的任务的CPU资源。任务的创建、删除、挂起、恢复、设置优先级等操作都是通过调用API函数来实现的。

任务的创建

任务的创建是通过调用 xTaskCreate 函数来实现的，函数原型如下：

BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                        const char * const pcName,
                        const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
                        void * const pvParameters,
                        UBaseType_t uxPriority,
                        TaskHandle_t * const pxCreatedTask );

参数说明：

pxTaskCode：任务函数的入口地址。
pcName：任务的名字，用于调试。
usStackDepth：任务栈的大小，单位为字。
pvParameters：传递给任务函数的参数。
uxPriority：任务的优先级。
pxCreatedTask：任务创建成功后，返回任务句柄。

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freertos下的helloworld

发表于 2024-01-02 本文字数： 2k 阅读时长 ≈ 7 分钟

什么是实时操作系统（RTOS）

实时操作系统（RTOS）是一种专为实时应用程序设计的操作系统。实时应用程序需要在特定时间内做出预测的响应，因此RTOS专注于提供对时间约束的强调，以确保系统能够满足实时性能要求。

1. 实时性能：

硬实时和软实时： RTOS可以根据实时性能的要求分为硬实时和软实时。硬实时系统对任务的响应时间有极严格的要求，任何未能在规定时间内完成的任务都会被认为是失败。软实时系统也有时间要求，但相对灵活，任务未能在规定时间内完成并不会导致系统失败。

2. 任务调度：

实时调度算法： RTOS使用实时调度算法来确定哪个任务将在处理器上运行。这些算法考虑任务的优先级、截止期限和其他实时要求。
时间片轮转： 在一些情况下，RTOS可能使用时间片轮转调度，确保每个任务都有机会运行，以防止某个任务长时间独占处理器。

3. 任务管理：

任务创建与删除： RTOS允许创建和删除任务。任务可以是独立运行的单元，执行特定的功能。
任务同步和通信： 提供机制使任务能够同步和通信，如信号量、互斥锁、消息队列等。

4. 内存管理：

动态内存分配： 一些RTOS支持动态内存分配，允许在运行时分配和释放内存。
静态内存分配： 为了提高可预测性，一些RTOS可能支持静态内存分配，即在编译时为任务分配内存。

5. 中断处理：

中断服务例程（ISR）： RTOS允许开发人员编写中断服务例程，以处理硬件中断事件。
中断优先级： 中断服务例程可以具有不同的优先级，RTOS确保高优先级的中断可以中断低优先级的中断或任务。

6. 实时时钟和定时器：

实时时钟： 提供对实时时钟的支持，以便任务能够基于实际时间进行调度和同步。
定时器： 允许设置和管理定时器，以在指定时间触发任务或事件。

7. 错误处理：

错误检测与处理： RTOS通常提供错误检测和处理机制，以确保系统在出现错误时能够采取适当的措施。

8. RTOS应用领域：

嵌入式系统： RTOS广泛应用于嵌入式系统，如汽车控制单元、医疗设备、工业自动化等。
通信系统： 在通信系统中，RTOS用于管理网络设备、路由器和交换机等。

9. 示例RTOS：

FreeRTOS： 一个开源的实时操作系统，广泛用于嵌入式系统。
VxWorks： 用于嵌入式实时系统的商业RTOS。
RTOS-32： 针对Windows平台的实时操作系统。

10. RTOS与通用操作系统的区别：

实时性能： RTOS关注实时性能，而通用操作系统通常更注重吞吐量和响应时间。
内核大小： RTOS通常具有更小、更精简的内核，以确保快速启动和响应。
任务调度： RTOS使用实时调度算法，以确保任务在规定时间内完成。

实时操作系统在对实时性能有严格要求的应用中发挥着关键作用。通过提供对任务调度、同步、通信和实时时钟的支持，RTOS使得开发者能够设计和实现对时间要求极高的系统。在嵌入式系统和实时控制领域，RTOS成为了不可或缺的工具。

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freertos简介

发表于 2024-01-02 本文字数： 2.5k 阅读时长 ≈ 9 分钟

导言

在嵌入式系统的领域中，实时操作系统（RTOS）是非常重要甚至不可或缺的组成部分。FreeRTOS（Real-Time Operating System）是一款广泛使用的开源RTOS，为嵌入式开发提供了可靠、高效的实时调度和任务管理。本文将简要介绍FreeRTOS的发展历史、技术演进、技术特点，并介绍ESP-IDF对FreeRTOS的绑定，以及FreeRTOS在ESP32等芯片上的应用。

FreeRTOS的发展历史

FreeRTOS的历史可以追溯到2003年，由英国工程师Richard Barry创建。作为一位在嵌入式领域有着丰富经验的工程师，Barry的目标是开发一个轻量级、可裁剪、易于移植的RTOS，以满足各种嵌入式系统的需求。

随着时间的推移，FreeRTOS不断演进和壮大。其源代码的开放性质促使全球的开发者和企业积极参与，形成了一个庞大的社区。这个社区的不断贡献推动了FreeRTOS的功能增强、性能优化以及对更多硬件平台的支持。

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导言

一、什么是环形缓冲区

二、环形缓冲区的原理

1. 数据结构

计算机科学

数据结构

算法

系统编程

FreeRTOS 中断处理的基础概念

中断服务例程的注册和处理

简介

时间管理

1. vTaskDelay函数

2. vTaskDelayUntil 函数

1. 任务间通信与同步概述

2. 信号量的使用与实例

引言

FreeRTOS基础

实时操作系统简介

FreeRTOS的特点

任务概述

任务的创建

什么是实时操作系统（RTOS）

1. 实时性能：

2. 任务调度：

3. 任务管理：

4. 内存管理：

5. 中断处理：

6. 实时时钟和定时器：

7. 错误处理：

8. RTOS应用领域：

9. 示例RTOS：

10. RTOS与通用操作系统的区别：

导言

FreeRTOS的发展历史

1. `vTaskDelay`函数

2. `vTaskDelayUntil` 函数