分享一款基于C语言实现的FIFO模块：xqueue.

FIFO在嵌入式应用的非常广泛，可以说有数据收发的地方，基本就有FIFO的存在，今天给大家分享一款基于C语言实现的FIFO模块：xqueue.

1. 为什么需要FIFO

FIFO 是First-In First-Out的缩写，它是一个具有先入先出特点的缓冲区。

可以理解成一个大的水池，水对应数据，注水速度对应数据输入的频率，放水速度对应数据处理的速度，当注水速度和放水速度相同时，我们不需要使用水池来缓冲，但是当注水速度大于放水速度，或者注水速度突然变大时（突发），为了保证水池不溢出（数据不丢失），就需要水池（缓冲区）来处理这种突发情况，并设置合理大小的水池空间（FIFO的深度）。

或者为了降低CPU负担，提高数据处理效率，可以在积累到一定的数据量之后，再一次性处理。

在FPGA中，FIFO一般是使用RAM存储器作为缓冲区，可以分为同步FIFO或异步FIO，一般用于数据缓冲，或者不同时钟域之间的数据传递。

在单片机中，一般是基于一维数组和结构体实现的循环队列（Queue），或者叫环形队列。

FIFO的使用，既可以保证数据的完整性，还可以让数据被及时的处理。

本文介绍，基于C语言的循环队列缓冲区原理、设计与实现。

2. FIFO的存取顺序

定义一个一维数组当作存储区，数组长度为6，再定义两个读写指针变量。

初始化时，FIFO为空，读写指针相等，并都置为0。

写入一个数据1之后，写指针递增，读指针不变：

再写两个数据2和3，写指针递增，读指针不变：

写了三个数据之后，我们读出一个数据1，写指针不变，读指针递增：

读出一个数据2，再写两个数据4和5，读写指针变化：

再写一个数据6，此时超过数组长度，但是数组头部还有空间，所以写指针回到数组起始地址0：

再写一个数据7，此时判断FIFO满：

可能会有朋友疑惑，不是还有一个空位置可以存放数据吗？

如果再存入一个数据之后，读写指针相等，此时可以判断是满状态吗？

显然是不能，因为当FIFO为空时，也是读写指针相等，所以这种情况就无法判断满和空。

这里就涉及到FIFO设计中，最重要的满和空的判断条件，需要遵循FIFO读写的两个规则：

FIFO为空时，不能执行读操作

FIFO为满时，不能执行写操作

为了避免这种情况发生，我们空出一个元素位置，写指针指向的位置永远为空，这样就会有两种满的情况：

rd < wr

rd > wr

对于第一种情况，当(wr + 1) % FIFO_SIZE == rd时，可以认为FIFO满，FIFO_SIZE是指数组长度；

对于第二种情况，当wr + 1 == rd时，可以认为FIFO满。

以上两种情况可以合并为一种，即(wr + 1) % FIFO_SIZE == rd时，判断FIFO满。

所以这种判断方式，会牺牲一个存储位置，实际可以存储的元素个数为FIFO_SIZE-1。

同理，获取当前FIFO内元素的个数，也可以分为两种情况：

当wr > rd时， count = wr - rd

当wr < rd时，count = wr + FIFO_SIZE - rd

3. FIFO的代码实现

根据以上FIFO存取逻辑，我们可以使用一维数组来构造一个环形缓冲区，读写地址循环递增，分别实现FIFO初始化、读写操作、判断空满、获取元素个数等函数，并封装成模块。

xqueue.h

xqueue.c文件

实际应用：

 

运行结果:

循环队列元素的数据类型，可以根据需要指定，也可以是结构体类型。

审核编辑：刘清