Циклический буфер на AVR, (Примеры применения) Опции

[=GM=]

Тема открыта по горячим следам недавней острой дискуссии.

В ней одним из участников (defunct) была приведена программа, в которой использовался циклический буфер для работы с последовательным портом МК AT90S2313. На взгляд автора программа написана достаточно грамотно, но как-то слишком размашисто, без учёта мизерности ресурсов данного МК. Предлагаю участникам поделиться примерами и приёмами использования циклического буфера в программных разработках.

Для затравки предлагаю следующие фрагменты.

А. Запись байта из регистра AL в циклический буфер

Код

      mov     xl,qhead    ;указатель на запись
      st      x+,al       ;запишем байт
      cp      xl,qend     ;конец буфера?
      brne    .+2         ;нет, обходим
      ldi     xl,buffer   ;да, установим начало

Б. Чтение байта из циклического буфера в регистр AL

Код

      mov     xl,qtail    ;указатель на чтение
      ld      al,x+       ;прочитаем байт
      cp      xl,qend     ;конец буфера?
      brne    .+2         ;нет, обходим
      ldi     xl,buffer   ;да, установим начало

Если использовать буфер не произвольной длины, а кратный степени 2, и размещать его в памяти не произвольно, а начиная с адресов, кратных длине буфера, то размер кода можно немного сократить. Например.

В. Запись байта из регистра AL в циклический буфер длиной 32

Код

      mov     xl,qhead    ;указатель на запись
      st      x+,al       ;запишем байт
      cbr     xl,0xE0     ;держим указатель в предписанных рамках

Г. Чтение байта из циклического буфера длиной 32 в регистр AL

Код

      mov     xl,qtail    ;указатель на чтение
      ld      al,x+       ;прочитаем байт
      cbr     xl,0xE0     ;держим указатель в предписанных рамках

Здесь qhead, qtail, qend – регистровые переменные, содержащие адреса-указатели ячеек в озу для записи, чтения и конца буфера соответственно.

[alcosar]

Вот одна из возможных реализаций. Имеется индекс чтения, количество занятых ячеек, флаг состояния переполнения и сам буфер.
Запрет прерывания при чтении нужен, если запись в буфер происходит в прерываниях.

Внимание! Программа не тестировалась в реальной работе. Если есть косяки, буду признателен за поправки. Опыт работы с AVR очень маленький.

Код

.dseg

.equ    BUF_SIZE = 64    ; размер буфера, может быть n^2 <= 256


buf:    .byte    3 + BUF_SIZE; счетчик занятых ячеек, индекс чтения, состояние буфера, буфер

.cseg


;------------------------------------------------
init_buf:
;------------------------------------------------
; инициализация буфера
; используются r16, r28, r29

; в Y адрес структуры, задающей буфер    
    mov    YL, LOW(buf)
    mov    YH, HIGH(buf)
    clr    r16
    std    Y, r16
    std    Y+1, r16
    std    Y+2, r16
    ret


;------------------------------------------------
write_buf:
;------------------------------------------------
; в r16 байт для записи
; используются регисты r17, r18, r28, r29

; в Y адрес структуры, задающей буфер    
    mov    YL, LOW(buf)
    mov    YH, HIGH(buf)

; если буфер полный не записывать, установить флаг переполнения
    ld    r17, Y
    cpi    r17, BUF_SIZE - 1
    brcs    L1
    ldi    r17, 1
    std    Y+2, r17
    ret
L1:    
; определить индекс для записи
; i = (rindex + count) & (BUF_SIZE - 1)
    ld    r18, Y + 1
    add    r18, r17
    andi    r18, BUF_SIZE-1
    
; увеличить счетчик занятых ячеек в буфере
; count++
    inc    r17
    st    Y, r17

; buf[i] = data;
    clr    r17
    add    YL, r18
    adc    YH, r17
    std    Y+3, r16
    ret

;------------------------------------------------
read_buf:
;------------------------------------------------
; возвращает байт в r16
; используются регисты r16, r17, r28, r29

; в Y адрес структуры, задающей буфер    
    mov    YL, LOW(buf)
    mov    YH, HIGH(buf)

; c = buf[rindex]
    ldd    r16, Y+3

    cli

; count--
    ld    r17, Y
    dec    r17
    st    Y, r17
    
; rindex = (rindex + 1) & BUF_SIZE - 1
    ldd    r17, Y+1
    dec    r17
    andi    r17, BUF_SIZE-1
    std    Y+1, r16
    sei
    ret

Сообщение отредактировал alcosar - Aug 31 2007, 12:40

[=GM=]

Код

; в Y адрес структуры, задающей буфер    
    mov    YL, LOW(buf)
    mov    YH, HIGH(buf)
; c = buf[rindex]
    ldd    r16, Y+3

Здесь логическая ошибка, вы всё время читаете из одной и той же ячейки памяти. Идея сделать отдельный счётчик на заполнение буфера мне кажется здравой, надо обдумать на досуге.

Для загрузки непосредственных данных в регистр применяется команда ldi, а не mov.

[prottoss]

Пара вопросов:

1.Сколько памяти программ и памяти данных занимает код с циклическими буферами для USART?

2.Почему во всех приведенных кодах процедуры чтения-записи из-в буферЫ нет команд запрета прерываний от обработчиков приема-окончания-передачи USART?

[SasaVitebsk]

Пара вопросов:

1.Сколько памяти программ и памяти данных занимает код с циклическими буферами для USART?

2.Почему во всех приведенных кодах процедуры чтения-записи из-в буферЫ нет команд запрета прерываний от обработчиков приема-окончания-передачи USART?

1. Вы же видите - очень мало. Но не это главное. Циклический буфер позволяет работать с максимальной производительностью и абсолютно отделяет работу с внешним устройством от интерфейса. Это можно использовать в любом месте. Например в последней теме у меня два таких буфера. 1-UART, 2-EEPROM.

2. В этом есть особый смысл. Классическая структура буфера - сам буфер+2переменных. Указатель на голову и указатель на хвост. Представим себе приём. В прерывании используется только хвост(добавляются символы), а в main только голова буфера (забираются данные).

Есть ещё один приятный момент. Если работаешь с подтверждениями (например CRC), то тоже имеется огромный плюс. Представьте кольцевой буфер и три указателя. Первых два я описал, а третий - указатель на недостоверные данные. Таким образом всё работает тем же способом, а по принятию решения (сравнение CRC) указатель на хвост присваивается либо указателю на принятые недостоверные данные (данные верны) либо наоборот указателю на недостоверные данные присваивается указатель на хвост (данные неверны и пакет требуется повторить). Никаких дополнительных средств и инструментов не требуется.

2 GM сенькую именно такую книгу искал (в смысле задача стоит именно как вы и написали). Сейчас буду искать саму книгу.

[prottoss]

1. Вы же видите - очень мало. Но не это главное. Циклический буфер позволяет работать с максимальной производительностью и абсолютно отделяет работу с внешним устройством от интерфейса. Это можно использовать в любом месте. Например в последней теме у меня два таких буфера. 1-UART, 2-EEPROM.

В полезности циклических буферов я нисколько не сомневаюсь и сам оччень часто их применяю. НО, очень мало, это сколько? допустим применительно к АВР и его USART. Просто не вижу большого смысла тщательно рассказывать, как забивать гвозди...

Почему нет ни единого примера на Си?

2. В этом есть особый смысл. Классическая структура буфера - сам буфер+2переменных. Указатель на голову и указатель на хвост. Представим себе приём. В прерывании используется только хвост(добавляются символы), а в main только голова буфера (забираются данные).

А когда хвост догнал голову, а он важнее (ибо прерывание) получается баальшой булик

Есть ещё один приятный момент.

..................Никаких дополнительных средств и инструментов не требуется.

Кроме анальгина

[SasaVitebsk]

В полезности циклических буферов я нисколько не сомневаюсь и сам оччень часто их применяю. НО, очень мало, это сколько? допустим применительно к АВР и его USART. Просто не вижу большого смысла тщательно рассказывать, как забивать гвозди...

Для реализации достаточно самого буфера + два указателя.
1. Размер буфера оцениваю исходя из из того что быстрее работает. Например IBM накачивает быстрее чем AVR разгребает. В этом случае размер приёмного буфера для AVR при 485 интерфейсе составляет два размера пакета + 5-6 байт. Для 232 интерфейса приблизительно 1к. Дальнейшее увеличение размера буфера даёт незначительный рост производительности.
2. Размер указателей зависит от размера буфера. Если буфер менее 256 байт, то указатели - байтовые, если больше то 2.
3. Если использую пакетную передачу, то, как я и описывал вводится ещё один указатель (недостоверных данных)
4. Если используется конвертер из одного интерфейса в другой, то некоторые указатели совмещаются размер буфера увеличивается.

Почему нет ни единого примера на Си?
А когда хвост догнал голову, а он важнее (ибо прерывание) получается баальшой булик

Честно говоря не понял шутки. Если буфер обнулён, то просто прекращается передача. Если заполнен ПОЧТИ полностью, то выполняется приостановка канала любым способом "управления потоком" - либо установкой сигнала CTS (HARD) либо передачей символа XOFF(SOFT). Буфер должен быть расчитан на приём 16 байт с момента выдачи остановки приёма. При работе с 485, очевидно, что вы сами должны следить за заполнением буфера. Но при чём здесь кольцевой буфер??? Если вы не справляетесь с приёмом, то управление потоком должно быть реализовано в любом случае.

Кроме анальгина

Вы просто не работали с большими потоками данных например в четыре стороны. Иначе, простите за эмоции, вы бы бред не писали.

Кольцевой буфер это один из очень красивых алгоритмов. И, при правильной реализации, даёт разработчику возможность скрыть все тонкости приёма/передачи внутри драйвера. Поэтому, возможно, мало примеров. Так как придётся вычищать некоторые мелкие моменты.