单片机裸机实现队列功能的方案

QueueForMcu

基于单片机实现的队列功能模块，主要用于8位、16位、32位非运行RTOS的单片机应用，兼容大多数单片机平台。

开源代码：https://github.com/xiaoxinpro/QueueForMcu

一、特性

动态创建队列对象

动态设置队列数据缓冲区

静态指定队列元素数据长度

采用值传递的方式保存队列数据

二、快速使用

#include "queue.h"

#define Q_UART_BUFFER_SIZE  1024

QUEUE_HandleTypeDef qUartTx;
QUEUE_DATA_T BufferUartTx[Q_UART_BUFFER_SIZE];

int main(void)
{
  QUEUE_DATA_T temp;
  
  //初始化队列
  Queue_Init( qUartTx, BufferUartTx, Q_UART_BUFFER_SIZE);
  
  while(1)
  {
    //入队
    Queue_Push( qUartTx, 'Q');
    Queue_Push( qUartTx, 'u');
    Queue_Push( qUartTx, 'e');
    Queue_Push( qUartTx, 'u');
    Queue_Push( qUartTx, 'e');
    
    //出队
    Queue_Pop( qUartTx,  temp);
    Queue_Pop( qUartTx,  temp);
    Queue_Pop( qUartTx,  temp);
    Queue_Pop( qUartTx,  temp);
    Queue_Pop( qUartTx,  temp);
  }
}

三、配置说明

目前QueueForMcu只有一个静态配置项，具体如下：

在文件 queue.h 中有一个宏定义 QUEUE_DATA_T 用于指定队列元素的数据长度，默认是 unsigned char ，可以根据需要更改为其他数据类型。

四、数据结构

队列的数据结构为 QUEUE_HandleTypeDef 用于保存队列的状态，源码如下：

typedef struct QUEUE_HandleTypeDef{
    unsigned int head;                      //队列头指针
    unsigned int tail;                      //队列尾指针
    unsigned int buffer_length;             //队列缓存长度（初始化时赋值）
    QUEUE_DATA_T * buffer;                  //队列缓存数组（初始化时赋值）
}QUEUE_HandleTypeDef;

其中 QUEUE_DATA_T 为配置项中自定义的数据类型。

五、创建队列

1、创建队列缓存

由于我们采用值传递的方式保存队列数据，因此我们在创建队列前要手动创建一个队列缓存区，用于存放队列数据。

QUEUE_DATA_T BufferUartTx[1024];

以上代码即创建一个大小为 1024 的队列缓存区。

2、创建队列结构

接下来使用 QUEUE_HandleTypeDef 创建队列结构，用于保存队列的状态：

QUEUE_HandleTypeDef qUartTx;

3、初始化队列

准备好队列缓存和队列结构后调用 Queue_Init 函数来创建队列，该函数原型如下：

void Queue_Init(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue, QUEUE_DATA_T * buffer, unsigned int len)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要初始化的队列结构，如果二次初始化将清空原队列的内容。
buffer	队列缓存的首地址指针
len	队列长度，不能比队列缓存长度还要大。

参考代码：

Queue_Init( qUartTx, BufferUartTx, Q_UART_BUFFER_SIZE);

六、压入队列

1、单数据压入

将数据压入队列尾部使用 Queue_Push 函数，该函数原型如下：

QUEUE_StatusTypeDef Queue_Push(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue, QUEUE_DATA_T data)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要压入数据的队列结构。
data	待压入队列的数据。

返回值说明：

该函数会返回一个 QUEUE_StatusTypeDef 枚举数据类型，返回值会根据队列状态返回以下几个值：

返回值	描述
QUEUE_OK	数据压入队列成功。
QUEUE_OVERLOAD	未压入数据到队列中，原因队列已满。

参考代码：

Queue_Push( qUartTx, 'Q');
Queue_Push( qUartTx, 0x51);
Queue_Push( qUartTx, 81);

2、多数据压入

若需要将多个数据（数组）压入队列可以使用 Queue_Push_Array 函数，原理上循环调用 Queue_Push 函数来实现的，函数原型如下：

unsigned int Queue_Push_Array(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue, QUEUE_DATA_T * pdatas, unsigned int len)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要压入数据的队列结构。
pdatas	待压入队列的数组首地址。
len	待压入队列的数组长度。

当数组长度大于队列剩余长度时，数组多余的数据将被忽略。

返回值说明：

该函数将返回实际被压入到队列中的数据长度。

当队列中的剩余长度富余时，返回值将等于参数len的值。

当队列中的剩余长度不足时，返回值为实际被压入到队列的数据长度。

七、弹出队列

1、单数据弹出

将队列头部数据弹出队列使用 Queue_Pop 函数，需要注意的是，弹出的数据将从队列中删除，该函数原型如下：

QUEUE_StatusTypeDef Queue_Pop(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue, QUEUE_DATA_T * pdata)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要弹出数据的队列结构。
pdata	用于保存弹出数据变量的指针。

返回值说明：

该函数会返回一个 QUEUE_StatusTypeDef 枚举数据类型，返回值会根据队列状态返回以下几个值：

返回值	描述
QUEUE_OK	数据弹出队列成功。
QUEUE_VOID	未弹出数据到队列中，原因队列为空。

参考代码：

QUEUE_DATA_T temp;
if(QUEUE_OK = Queue_Pop( qUartTx,  temp))
{
    // temp 为队列弹出的数据
}
else
{
    // 弹出数据失败
}

2、多数据弹出

若需要将多个数据弹出队列可以使用 Queue_Pop_Array 函数，原理上循环调用 Queue_Pop 函数来实现的，需要注意的是，成功弹出的数据将从队列中删除，函数原型如下：

unsigned int Queue_Pop_Array(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue, QUEUE_DATA_T * pdatas, unsigned int len)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要弹出数据的队列结构。
pdatas	用于保存弹出数据数组的首地址。
len	需要弹出数据数组的长度。

当需要弹出数据的长度大于队列中的数据长度时，弹出数组多余的空间将不会被赋值。

返回值说明：

该函数将返回实际从队列中弹出的数据长度。

当队列中的数据长度足够时，返回值将等于参数len的值。

当队列中的数据长度不足时，返回值为实际从队列中弹出的数据长度。

3、单数据复制

当需要从队列头部获取数据，但又不希望数据从队列中删除时，可以使用 Queue_Peek 函数来实现，该函数的参数与返回值与 Queue_Pop 完全相同。

使用 Queue_Peek 和 Queue_Pop 函数的区别在于：

Queue_Pop得到队列中的数据后会删除队列中的数据。

Queue_Peek得到队列中的数据后会保留队列中的数据。

4、多数据复制

当需要从队列头部获取多个数据，但又不希望数据从队列中删除时，可以使用 Queue_Peek_Array 函数来实现，该函数的参数与返回值与 Queue_Pop_Array 完全相同。

使用 Queue_Peek_Array 和 Queue_Pop_Array 函数的区别在于：

Queue_Pop_Array得到队列中的数据后会删除队列中的数据。

Queue_Peek_Array得到队列中的数据后会保留队列中的数据。

八、其他功能

1、清空队列

当需要清空队列数据时，无需弹出所有数据，只需要调用 Queue_Clear 即可快速清空指定队列，在创建队列时会调用此函数来初始化队列，因此对于刚创建完成的队列无需调用清空队列函数。

函数原型：

void Queue_Clear(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要清空的队列结构。

2、获取队列数据数量

当需要获取队列中的数据长度时，调用 Queue_Count 函数，函数原型如下：

unsigned int Queue_Count(QUEUE_HandleTypeDef * hqueue)

参数说明：

参数名	描述
hqueue	需要获取数据长度的队列结构。

返回值说明：

该函数将返回队列中的数据长度。

返回值范围在0到创建队列时的长度之间。

License

Copyright © 2020 QueueForMcu Released under the GPL-3.0 License.

来源：嵌入式大杂烩
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审核编辑 黄宇