FIFO在嵌入式應用的非常廣泛，可以說有數據收發的地方，基本就有FIFO的存在，今天給大家分享一款基于C語言實現的FIFO模塊：xqueue.

1. 為什么需要FIFO

FIFO 是First-In First-Out的縮寫，它是一個具有先入先出特點的緩沖區。

可以理解成一個大的水池，水對應數據，注水速度對應數據輸入的頻率，放水速度對應數據處理的速度，當注水速度和放水速度相同時，我們不需要使用水池來緩沖，但是當注水速度大于放水速度，或者注水速度突然變大時（突發），為了保證水池不溢出（數據不丟失），就需要水池（緩沖區）來處理這種突發情況，并設置合理大小的水池空間（FIFO的深度）。

或者為了降低CPU負擔，提高數據處理效率，可以在積累到一定的數據量之后，再一次性處理。

在FPGA中，FIFO一般是使用RAM存儲器作為緩沖區，可以分為同步FIFO或異步FIO，一般用于數據緩沖，或者不同時鐘域之間的數據傳遞。

在單片機中，一般是基于一維數組和結構體實現的循環隊列（Queue），或者叫環形隊列。

FIFO的使用，既可以保證數據的完整性，還可以讓數據被及時的處理。

本文介紹，基于C語言的循環隊列緩沖區原理、設計與實現。

2. FIFO的存取順序

定義一個一維數組當作存儲區，數組長度為6，再定義兩個讀寫指針變量。

初始化時，FIFO為空，讀寫指針相等，并都置為0。

寫入一個數據1之后，寫指針遞增，讀指針不變：

再寫兩個數據2和3，寫指針遞增，讀指針不變：

寫了三個數據之后，我們讀出一個數據1，寫指針不變，讀指針遞增：

讀出一個數據2，再寫兩個數據4和5，讀寫指針變化：

再寫一個數據6，此時超過數組長度，但是數組頭部還有空間，所以寫指針回到數組起始地址0：

再寫一個數據7，此時判斷FIFO滿：

可能會有朋友疑惑，不是還有一個空位置可以存放數據嗎？

如果再存入一個數據之后，讀寫指針相等，此時可以判斷是滿狀態嗎？

顯然是不能，因為當FIFO為空時，也是讀寫指針相等，所以這種情況就無法判斷滿和空。

這里就涉及到FIFO設計中，最重要的滿和空的判斷條件，需要遵循FIFO讀寫的兩個規則：

FIFO為空時，不能執行讀操作

FIFO為滿時，不能執行寫操作

為了避免這種情況發生，我們空出一個元素位置，寫指針指向的位置永遠為空，這樣就會有兩種滿的情況：

rd < wr

rd > wr

對于第一種情況，當(wr + 1) % FIFO_SIZE == rd時，可以認為FIFO滿，FIFO_SIZE是指數組長度；

對于第二種情況，當wr + 1 == rd時，可以認為FIFO滿。

以上兩種情況可以合并為一種，即(wr + 1) % FIFO_SIZE == rd時，判斷FIFO滿。

所以這種判斷方式，會犧牲一個存儲位置，實際可以存儲的元素個數為FIFO_SIZE-1。

同理，獲取當前FIFO內元素的個數，也可以分為兩種情況：

當wr > rd時， count = wr - rd

當wr < rd時，count = wr + FIFO_SIZE - rd

3. FIFO的代碼實現

根據以上FIFO存取邏輯，我們可以使用一維數組來構造一個環形緩沖區，讀寫地址循環遞增，分別實現FIFO初始化、讀寫操作、判斷空滿、獲取元素個數等函數，并封裝成模塊。

xqueue.h

xqueue.c文件

實際應用：

運行結果:

循環隊列元素的數據類型，可以根據需要指定，也可以是結構體類型。

審核編輯：劉清