Question

有人可以解释位掩码如何在循环缓冲区索引方面起作用。具体在以下代码中：

#define USART_RX_BUFFER_SIZE 128     /* 2,4,8,16,32,64,128 or 256 bytes */
#define USART_RX_BUFFER_MASK ( USART_RX_BUFFER_SIZE - 1 )


    ISR(USART_RX_vect)
    {
        unsigned char data;
        unsigned char tmphead;

        /* Read the received data */
        data = UDR0;
        /* Calculate buffer index */
        tmphead = ( USART_RxHead + 1 ) & USART_RX_BUFFER_MASK;
        USART_RxHead = tmphead;      /* Store new index */

        if ( tmphead == USART_RxTail )
        {
            /* ERROR! Receive buffer overflow */
        }

        USART_RxBuf[tmphead] = data; /* Store received data in buffer */
    }

我知道索引掩盖索引的结果是索引包裹;我的问题是为什么？另外，为什么“USART_RX_BUFFER_SIZE”必须是2的幂？

谢谢

乔

Answer 1

要理解这一点，你必须理解一些二进制文件，你必须理解二进制操作。

您可能知道，计算机中的所有内容都以二进制形式存储，包含1和0的序列。这意味着理论上可以将内存中的任何数据字符串视为数字。由于您的代码是char，我将重点关注它们。

在C中，char s有符号或无符号，为此请务必使用unsigned。我不会进入两个补码表示，但只要说使用签名char s它会破坏就足够了。 char是单字节，通常被认为是8位，如下所示：

00000000 -> 0
00001001 -> 9

基本上每个位代表2的幂（我在这里使用MSB优先），所以第二个数字是2^1 + 2^3 = 1 + 8 = 9。所以你可以看到它如何用于索引数组。

按位运算对某些数据的各个位进行操作。在这种情况下，您使用二进制和（&），应用二进制和的行为称为位掩码。

data   - 00101100
mask   - 11110110
       ----------
result - 00101100

如您所见，仅当data和mask都为1时，结果才会将位设置为1。

现在回到我们的二进制表示。由于每个位是2的幂，因此使用0中的单个1来表示二进制的2的幂。

01000000 - 64

就像1000 - 1 = 999，01000000 - 1 = 00111111一样，其中00111111为63。

使用它我们可以发现在计算下一个索引时，我们执行以下操作：

(a + 1) & 00111111

如果a是（例如）10，那么我们得到

(00001010 + 1) = 00001011 (11)
 00001011 & 00111111 = 00001011

因此掩蔽没有改变，但在63的情况下：

(00111111 + 1) = 01000000 (64)
 01000000 & 00111111 = 00000000 (0)

所以，不要试图索引到64（这是第65个元素，因此是一个错误），而是回到开头。

这就是为什么缓冲区大小必须是2的幂，如果不是那么掩码不能正确计算你必须使用modulo（%）或比较，而不是比特掩蔽。这很重要，因为按位运算符非常快，因为它们通常只是大多数处理器中的单个指令，&只需要很少的周期。模数可以是单个指令，但它可能是整数除法，并且在大多数平台上传统上都很慢。比较需要几个指令，寄存器和至少一次跳转。

Answer 2

JOhn写道：

我是关于模数的评论，我们在我们的微观上找到了它像“a％= MODULUS”那样做10-20倍的事情比做a（a＆gt; b）更长一个/ =模量 - 约翰U于2012年8月3日17:01

但仍有分裂：a / = MODULUS，因此效率与模运算相同，我假设..

Bit Masking Buffer Index如何导致Wrap

2 个答案: