引言?

在嵌入式中，不可避免地會(huì)遇到數(shù)據(jù)的收發(fā)。

其實(shí)，數(shù)據(jù)的收發(fā)有很多情況。

總體上，分為數(shù)據(jù)的收和發(fā)：

其中，數(shù)據(jù)發(fā)送是一個(gè)主動(dòng)的行為，我們對(duì)要發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)量特點(diǎn)等都是知道的，比如我們通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)候，使用常規(guī)發(fā)送方式，或者結(jié)合使用DMA都是可以的；

相較而言，數(shù)據(jù)的接收就會(huì)麻煩一些，因?yàn)榻邮諗?shù)據(jù)，對(duì)于用戶來說是一個(gè)被動(dòng)響應(yīng)的行為。接收數(shù)據(jù)也有很多種情況：

1、接收定長數(shù)據(jù)；

2、接收不定長數(shù)據(jù)；

3、接收的數(shù)據(jù)是隨機(jī)到來的，比如串口屏的觸摸發(fā)送鍵值到下位機(jī)，這種情況下，觸摸行為是沒有任何規(guī)律的，數(shù)據(jù)之間發(fā)送的間隔一般也比較長；

4、一直不斷地接收大量數(shù)據(jù)，比如單片機(jī)需要一直接收串口數(shù)據(jù)；

5、接收數(shù)據(jù)后透傳出去；

6、接收數(shù)據(jù)保存起來，等待上層應(yīng)用訪問；

以上幾種情況分別如何處理呢？

以串口為例：

首先，不管是哪種情況，只要是底層接收數(shù)據(jù)，就一定要使用緩沖技術(shù)，為什么呢？

這是因?yàn)榈讓訑?shù)據(jù)接收的速度很快，而我們處理數(shù)據(jù)的速度沒那么快，如果只是簡單的一兩個(gè)語句來處理，比如給變量賦個(gè)值，做個(gè)簡單的判斷，沒什么問題，如果語句多了，比如printf，也有可能來不及處理，關(guān)于這點(diǎn)可以參考這篇文章：

基于串口的BLE模組CC2640R2使用總結(jié)_路溪非溪的博客-CSDN博客

那么，這些情況的緩沖有何區(qū)別呢？

1、接受定長數(shù)據(jù)相對(duì)簡單，使用普通串口接收或者DMA都可以；

2、接收不定長數(shù)據(jù)，就需要使用串口中斷+空閑中斷或者DMA+空閑中斷，仍然參考：

基于串口的BLE模組CC2640R2使用總結(jié)_路溪非溪的博客-CSDN博客

3、接收數(shù)據(jù)隨機(jī)到來，因?yàn)閿?shù)據(jù)接收沒那么快，一次可能只接受一兩幀數(shù)據(jù)，所以不需要太大的緩沖區(qū)；具體參考：F103串口和DMA配合使用總結(jié)_路溪非溪的博客-CSDN博客

4、這個(gè)情況就需要相對(duì)大一些的緩沖區(qū)，因?yàn)閿?shù)據(jù)來得比較快，可能還來不及處理就被覆蓋了，具體參考這篇文章：F103串口和DMA配合使用總結(jié)_路溪非溪的博客-CSDN博客

5、接收數(shù)據(jù)后透傳出去，這個(gè)基本都是底層的傳輸，所以接收緩沖后，就可以發(fā)出去，這個(gè)參考：基于串口的BLE模組CC2640R2使用總結(jié)_路溪非溪的博客-CSDN博客

6、接收數(shù)據(jù)保存起來供上層使用，這里就有個(gè)問題，底層接收數(shù)據(jù)保存起來，上層處理速度沒那么快，就需要考慮一些問題，緩沖區(qū)設(shè)置多大合適呢？多久處理一次呢？

以上提到的就是緩沖區(qū)的用法，用來解決快速的數(shù)據(jù)接收和慢速的數(shù)據(jù)處理之間不匹配的問題，具體看這張圖就能理解了：

其實(shí)，這里比較麻煩的也是比較常見的情況就是上面幾種情況的綜合：

接受不定長數(shù)據(jù)+不斷接收數(shù)據(jù)幀+保存起來供上層使用。

具體參考：F103串口和DMA配合使用總結(jié)_路溪非溪的博客-CSDN博客

串口空閑中斷+DMA可以解決前兩個(gè)問題，再就是接收的數(shù)據(jù)需要放在一個(gè)緩沖區(qū)里面，上層應(yīng)用需要時(shí)就來拿這個(gè)數(shù)據(jù)。

考慮這種場景：

電路中有連續(xù)的電壓，單片機(jī)通過AD采樣數(shù)據(jù)，注意，這時(shí)候連續(xù)的數(shù)據(jù)就被離散化了，只要采樣率滿足采樣定理，就能無失真地還原出原有信號(hào)的樣子。

假如我們要采的是正弦信號(hào)的RMS值，那么就是個(gè)恒定的直流量，其中有一些波動(dòng)是很正常的事情。此時(shí)，數(shù)據(jù)接收后緩存起來，緩存一些數(shù)據(jù)后做個(gè)均值濾波等等處理，然后得到一個(gè)比較穩(wěn)定的值，再將這個(gè)值存在一個(gè)變量中，此時(shí)，這個(gè)變量其實(shí)刷新的速率也是很快的。到這里，其實(shí)是底層的事情。

現(xiàn)在，我上層需要將這些數(shù)據(jù)拿來顯示在屏幕上，如果來一個(gè)數(shù)據(jù)我們就顯示一個(gè)數(shù)據(jù)，那么，就強(qiáng)迫上層跟著下層的速度，首先跟不跟得上不說，上層這么快顯示數(shù)據(jù)沒有什么必要，增加數(shù)據(jù)發(fā)送的負(fù)擔(dān)不說，我們?nèi)搜垡沧R(shí)別不過來，如果底層1s刷新1000個(gè)點(diǎn)，那我1秒去拿10個(gè)數(shù)據(jù)來顯示也可以，也就是在定時(shí)器中，每隔100ms去拿一個(gè)數(shù)據(jù)，最好調(diào)整下這個(gè)間隔以適配我們?nèi)搜鄣挠^察視覺，而且，如果不這樣，底層有時(shí)因?yàn)槠渌蓴_數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)快時(shí)慢，我們上層顯示也會(huì)時(shí)快時(shí)慢，如果定時(shí)去取值顯示，就不會(huì)受底層速度的干擾，從而實(shí)現(xiàn)了底層快速和上層慢速的隔離，各司其職，用緩沖區(qū)作為“中介”。

就像這樣拿數(shù)據(jù)顯示：

另外還有一點(diǎn)，如果我發(fā)數(shù)據(jù)給串口屏太多太頻繁，可能會(huì)影響到同時(shí)發(fā)送的其他數(shù)據(jù)從而造成卡頓。

這里面有一點(diǎn)值得注意，就是，如果這樣顯示，那不就是有很多數(shù)據(jù)沒有拿到？首先，這里拿的是個(gè)RMS值，理想上是個(gè)恒定值，而且本來就是滿足采樣定理所采集到的離散值，從連續(xù)到離散，本來也有很多數(shù)據(jù)沒采到，但是不影響效果。

到底什么是緩沖技術(shù)呢？?

緩沖區(qū)可以說是計(jì)算機(jī)中的一個(gè)連接站，用于連接計(jì)算機(jī)中高速、低速運(yùn)行的部件。

作用：緩沖通常用于臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以平衡不同速度的數(shù)據(jù)傳輸過程之間的差異。它可以用來解決數(shù)據(jù)傳輸速度不匹配的問題。

工作原理：緩沖區(qū)是一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，用于暫時(shí)保存數(shù)據(jù)，待數(shù)據(jù)傳輸速度對(duì)齊后再將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，如果數(shù)據(jù)接收速度較快，數(shù)據(jù)會(huì)被存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。

數(shù)據(jù)處理： 緩沖區(qū)通常不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或修改，它只是臨時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容器。

可以參考這個(gè)總結(jié)：

緩沖是兩種不同速度設(shè)備之間的傳輸信息時(shí)平滑傳輸過程的常用手段。

引入緩沖技術(shù)的原因：

1、? 為了進(jìn)一步緩和CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾。

2、? 提高CPU與I/O設(shè)備之間的并行性。

3、? 為了減少中斷次數(shù)和CPU的中斷處理時(shí)間。如果沒有緩沖，慢速I/O設(shè)備每傳一個(gè)字節(jié)就要產(chǎn)生一個(gè)中斷，CPU必須處理該中斷。如果用了緩沖技術(shù)，則慢速的I/O設(shè)備將緩沖區(qū)填滿時(shí)，才向CPU發(fā)出中斷，從而減少了中斷次數(shù)和CPU的中斷處理時(shí)間。

4、? 為了解決DMA或通道方式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題。DMA或通道方式都適用于成批數(shù)據(jù)傳輸，在無緩沖的情況下，慢速I/O設(shè)備只能一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)的傳輸信息，這造成DMA方式或通道方式數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i。緩沖區(qū)的設(shè)置適應(yīng)了DMA或通道方式的成批數(shù)據(jù)傳輸方式，解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題。

這里順便提一下，另外還有個(gè)概念叫緩存，注意區(qū)分：

作用： 緩存用于存儲(chǔ)已經(jīng)計(jì)算過或獲取過的數(shù)據(jù)，以便在后續(xù)訪問時(shí)能夠更快地獲取數(shù)據(jù)，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

工作原理： 緩存會(huì)將經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)復(fù)制到更快的存儲(chǔ)介質(zhì)中，如內(nèi)存，以便在后續(xù)訪問時(shí)無需再從原始數(shù)據(jù)源獲取。這樣能夠減少數(shù)據(jù)訪問時(shí)間，提高性能。

數(shù)據(jù)處理：緩存中的數(shù)據(jù)通?？梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行處理，以滿足特定的訪問要求。例如，可以將數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果存儲(chǔ)在緩存中，以減少數(shù)據(jù)庫訪問頻率。

實(shí)際應(yīng)用：Web瀏覽器使用緩存來存儲(chǔ)已經(jīng)訪問過的網(wǎng)頁，以便下次訪問同一網(wǎng)頁時(shí)能夠更快地加載。

兩者主要區(qū)別如下：

用途不同：緩沖主要用于平衡數(shù)據(jù)傳輸速度差異，而緩存主要用于提高數(shù)據(jù)訪問速度。

數(shù)據(jù)處理：緩沖不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，只是暫時(shí)存儲(chǔ)，而緩存可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以滿足特定需求。

存儲(chǔ)介質(zhì)：緩沖通常用于暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在相同或類似的介質(zhì)上，而緩存通常將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在更快的存儲(chǔ)介質(zhì)中，如內(nèi)存。

數(shù)據(jù)類型：緩沖可以用于各種數(shù)據(jù)類型，包括傳輸中的數(shù)據(jù)，而緩存通常用于經(jīng)常被訪問的數(shù)據(jù)。

總之，緩沖和緩存在數(shù)據(jù)處理中有著不同的作用和機(jī)制，了解它們的區(qū)別有助于更好地理解在不同情況下如何使用它們來優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸和訪問性能。

環(huán)形緩沖區(qū)?

可直接參考：

【數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)】環(huán)形緩沖區(qū)介紹，原理講解+代碼實(shí)現(xiàn)。（內(nèi)核__嵌入式__c語言數(shù)組）