8、嵌入式程序设计中的数据结构与滤波器实现

嵌入式程序设计中的数据结构与滤波器实现

1. 数据流风格与循环缓冲区

1.1 数据流风格概述

数据流风格适用于定期输入且需要实时处理的数据。以应用示例 2.1 中的 FIR 滤波器为例，它是面向流处理的典型代表。对于每个样本，滤波器必须输出一个依赖于最后 n 个输入值的结果。在典型的工作站应用中，通常会从文件中读取给定时间间隔内的所有样本，然后批量计算结果。而在嵌入式系统中，不仅要实时输出结果，还要尽量减少内存使用。

1.2 循环缓冲区原理

循环缓冲区是一种能高效处理流数据的数据结构。它存储数据流的一个子集，算法在每个时间点都需要数据流的一个子集，形成一个滑动窗口。随着时间推移，窗口会丢弃不再需要的旧值并添加新值。由于窗口大小不变，可使用固定大小的缓冲区来存储当前数据。为避免在缓冲区中频繁复制数据，会移动缓冲区的头部指针。每次添加样本时，会自动覆盖最旧的样本。当指针到达缓冲区末尾时，会回绕到开头。

许多数字信号处理器（DSP）提供支持循环缓冲区的寻址模式。例如，C55x 提供了五个循环缓冲区起始地址寄存器（名称以 BSA 开头），这些寄存器允许在不考虑对齐约束的情况下放置循环缓冲区。

1.3 循环缓冲区的 C 语言实现

下面是一个用 C 语言实现的循环缓冲区示例：

#define CMAX 6 /* filter order */
int circ[CMAX]; /* circular buffer */
int pos; /* position of current sample */

// 添加新值到缓冲区的函数