Io 在没有竞争条件的情况下，通过缓冲区将数据写入SD卡

我正在为数据记录设备编写固件。它以20 Hz的频率从传感器读取数据，并将数据写入SD卡。但是，将数据写入SD卡的时间不一致（约200-300ms）。因此，一种解决方案是以一致的速率（使用计时器中断）将数据写入缓冲区，并具有第二个线程，在缓冲区满时将数据写入SD卡

以下是我的天真实现：

#define N 64
char buffer[N];
int count;

ISR() {
    if (count < N) {
        char a = analogRead(A0);
        buffer[count] = a;
        count = count + 1;
    }
}

void loop() {
    if (count == N) {
        myFile.open("data.csv", FILE_WRITE);

        int i = 0;
        for (i = 0; i < N; i++) {
            myFile.print(buffer[i]);
        }
        myFile.close();
        count = 0;
    }
}

定义N 64 字符缓冲区[N]； 整数计数； ISR（）{ 如果（计数 该代码存在以下问题：

当缓冲区已满时，将数据写入SD卡会阻止读取

它可能有一个竞赛条件

---

解决这个问题的最好办法是什么？使用循环缓冲还是双缓冲？我如何确保比赛条件不会发生？

你回答了自己的问题；您应该使用双缓冲或循环缓冲。双缓冲可能更容易实现，并且适用于诸如SD卡之类的设备，对于这些设备，块写入通常更有效

缓冲区长度的选择可能需要一些考虑；通常，您会使缓冲区的大小与SD扇区缓冲区的大小相同（通常为512字节），但这可能不实际，而且采样率低至20 SP，优化SD写入性能可能不是问题

另一个需要考虑的问题是，您需要通过选择适当的缓冲区大小使采样率与文件系统延迟相匹配。在这种情况下，64个样本缓冲区将在3秒钟多一点的时间内填满，但块写入只需要300毫秒-因此，如果需要，您可以使用更小的缓冲区-8个样本就足够了-尽管要小心，您可能已经观察到300毫秒的延迟，但当物理闪存中的特定边界被跨越时，它可能会更大—我已经看到一些卡在1M字节边界上有明显的延迟—而且卡的性能在不同的大小和制造商之间有很大的差异

下面是对双缓冲实现的修改。我已将缓冲区长度减少到32个样本，但使用双缓冲时，总数保持不变，为64，但写入延迟减少到1.6秒

// Double buffer and its management data/constants
static volatile char buffer[2][32];
static const int BUFFLEN = sizeof(buffer[0]);
static const unsigned char EMPTY = 0xff;
static volatile unsigned char inbuffer = 0;
static volatile unsigned char outbuffer = EMPTY;

ISR()
{
    static int count = 0;

    // Write to current buffer
    char a = analogRead(A0);
    buffer[inbuffer][count] = a;
    count++ ;

    // If buffer full...
    if( count >= BUFFLEN )
    {
        // Signal to loop() that data available (not EMPTY)
        outbuffer = inbuffer;

        // Toggle input buffer
        inbuffer = inbuffer == 0 ? 1 : 0;
        count = 0;
    }
}

void loop()
{
    // If buffer available...
    if( outbuffer != EMPTY )
    {
        // Write buffer
        myFile.open("data.csv", FILE_WRITE);
        for( int i = 0; i < BUFFLEN; i++)
        {
            myFile.print(buffer[outbuffer][i]);
        }
        myFile.close();

        // Set the buffer to empty
        outbuffer = EMPTY;
    }
}

//双缓冲区及其管理数据/常量
静态易失性字符缓冲区[2][32]；
静态常量int BUFFLEN=sizeof（缓冲区[0]）；
静态常量unsigned char EMPTY=0xff；
静态易失性无符号字符inbuffer=0；
静态易失性无符号字符溢出=空；
ISR（）
{
静态整数计数=0；
//写入当前缓冲区
字符a=模拟读数（A0）；
缓冲区[inbuffer][count]=a；
计数++；
//如果缓冲区已满。。。
如果（计数>=BUFFLEN）
{
//向循环（）发送信号，表明数据可用（非空）
突出=缓冲；
//切换输入缓冲区
inbuffer=inbuffer==0？1:0；
计数=0；
}
}
void循环（）
{
//如果缓冲区可用。。。
如果（突发！=空）
{
//写缓冲区
myFile.open（“data.csv”，FILE\u WRITE）；
对于（int i=0；i

---

请注意，共享数据使用了

volatile

和

unsigned char

。重要的是，并发执行上下文之间共享的数据是以显式和原子方式访问的；访问基于8位AVR的Arduino上的

int

需要多条机器指令，中断可能部分通过读取/写入

loop（）

发生，并导致读取不正确的值。

太好了！出于好奇，如何在Arduino中实现互斥或信号量？信号量和互斥仅在先发制人的多任务操作系统中才相关。虽然完全可以在Arduino硬件上实现或部署RTOS，但Arduino也是一个应用程序框架和库，不基于RTOS，因此它不再是Arduino了。此外，您不能在ISR中使用互斥或等待信号量；您可能会有一个ADC线程和一个文件系统访问线程，并使用RTOS队列或管道作为它们之间的缓冲区，而不是滚动您自己的线程。。。例如：。注意“不做任何事情”的循环（）函数；RTO通过使用

setup（）

进行初始化和存根

loop（）

在Arduino草图开发环境中工作。我担心的是，如果使用Arduino库，则没有关于线程安全或其他方面的文档。我想补充一点小评论。在Flash中写入数据时要考虑的另一件事是，根据闪存驱动器和闪存的类型，有时写入闪存不希望被任何ISR中断。需要记住的是。@Alex：在这种情况下，闪存是SD卡上的，并且有一个独立的控制器，而不是片上的NOR闪存，所以这个问题不适用。