FIFO的应用案例（基于Zephyr OS ）

概述

1. 软硬件环境

1.1 软件开发环境

1.2 硬件环境

2 FIFO的函数接口

3 FIFO的应用函数实现

3.1 实现步骤

3.2 代码设计

3.3 测试代码实现

3.4 源代码文件

4 编译和测试

4.1 编译代码

4.2 测试

概述

本文介绍了在nRF52832开发板上使用Zephyr操作系统进行FIFO（先进先出队列）功能开发的软硬件环境及实现步骤。软件开发环境基于Nordic提供的nRF Connect SDK，集成了Zephyr平台、编译工具链和VS Code开发环境。硬件环境为nRF52832开发板，具备丰富的接口和调试功能。文章详细描述了FIFO的API函数及其使用方法，包括初始化、数据放入和获取等操作。通过生产者-消费者模型，展示了如何在Zephyr中实现FIFO功能，并提供了完整的代码示例。最后，文章介绍了使用VS Code编译和测试代码的过程，确保功能正常运行。

1. 软硬件环境

1.1 软件开发环境

nordic提供了基于zephyr平台sdk, 其提供了大量的demo可供开发者参考和使用，同时nordi还提供一个集成的软件库工具，方便开发者安装相应的SDK和编译工具链。集成环境同时包含了其他的一些软件，非常便于进行项目开发。

软件工具	功能	版本信息
nRF Connect SDK	nordic提供基于zephyr的代码库	v2.9.0
nRF Connect SDK Toolchain	代码编译工具	v2.9.1
VS-CODE	集成开发环境	v1.99.3
nRF Connect for Desktop	nordic集成工具链	v5.1.0
nRF Connect	手机App

手机App下载地址：

https://nav.nordicsemi.com/search?query=nRF%20Connect

1.2 硬件环境

本案例是在nRF52832开发板（nRF52-DK）上实现的，该开发板nRF52832的主要特点如下：

1）板载j-link调试接口

2）引出所有 IO接口，用户可根据实际应用，外载其他设备

3）支持4个LED

4）支持4路Key接口

5）板载UART调试接口，方便打印调试信息

2 FIFO的函数接口

zephyr OS提供了操作FIFO API，其具体函数如下：

函数	描述
`K_FIFO_DEFINE(name)`	定义并初始化FIFO
`k_fifo_init(fifo)`	运行时初始化FIFO
`k_fifo_put(fifo, data)`	向FIFO放入数据
`k_fifo_get(fifo, timeout)`	从FIFO获取数据
`k_fifo_is_empty(fifo)`	检查FIFO是否为空

具有使用方法可以参考原文：

Zephyr OS 中的 FIFO 接口应用介绍-CSDN博客

3 FIFO的应用函数实现

3.1 实现步骤

在zephyr OS使用FIFO功能的步骤如下：

Step-1：使用K_FIFO_DEFINE初始化一个FIFO

Step-2: 使用k_fifo_put接口发送数据

Step-3: 使用 k_fifo_get 函数接收数据，同时释放内存

注意点：
在在zephyr OS使用FIFO需要包括如下头文件：
#include <zephyr/kernel.h>

3.2 代码设计

1）定义User的数据格式

struct user_data_t {void *fifo_reserved;int value;
};

2）创建和初始化FIFO

static K_FIFO_DEFINE(fifo_tx_data);

3) 设计Producer用于生产数据

void producer_thread( void )
{printk(" \r\n");printk(" \r\n");printk("Produced: run thread \r\n ");for (int i = 0; i < 300; i++) {// 动态分配数据项struct user_data_t *tx = k_malloc(sizeof(*tx));tx->value = i;// 放入FIFOk_fifo_put(&fifo_tx_data, tx);printk("Produced: %d \r\n", i);k_sem_give(&nus_write_sem);k_sleep(K_MSEC(100));}
}

4）设计consumer用于使用数据

void consumer_thread( void )
{int err;printk(" \r\n");printk(" \r\n");err = k_sem_take(&nus_write_sem, K_MSEC(1000));if (err) {printk("Consumed: NUS send timeout  \r\n");}struct user_data_t *item = k_fifo_get(&fifo_tx_data, K_NO_WAIT);if (item != NULL) {printk("Consumed: %d \r\n", item->value);k_free(item);} else {printk("Consumed: Timeout waiting for data \r\n");}
}

3.3 测试代码实现

1）定义生产者线程

 /***    producer */int main_producer_handler(void){for (;;) {producer_thread();}}#define STACKSIZE                        1024#define PRIORITY                         7K_THREAD_DEFINE(  main_producer_id, STACKSIZE, main_producer_handler, NULL, NULL,NULL, PRIORITY, 0, 0);

2）定义消费者线程

 /***    consumer  */int main_customers_handler(void){for (;;) {consumer_thread();}}#define STACKSIZE_CUSTOMER               1024#define PRIORITY_CUSTOMER                8K_THREAD_DEFINE(  main_customers_id, STACKSIZE_CUSTOMER, main_customers_handler, NULL, NULL,NULL, PRIORITY_CUSTOMER, 0, 0);

3.4 源代码文件

/* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* File Name        :  test_fifo.h* Description      :  FIFO test demo ******************************************************************************* @attention**  COPYRIGHT:    Copyright (c) 2025  mingfei_tang*  DATE:         MAR 27th, 2025*******************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
#include "test_fifo.h"
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/sys/printk.h>K_SEM_DEFINE(nus_write_sem, 0, 1);// 数据项结构
struct user_data_t {void *fifo_reserved;int value;
};static K_FIFO_DEFINE(fifo_tx_data);void producer_thread( void )
{printk(" \r\n");printk(" \r\n");printk("Produced: run thread \r\n ");for (int i = 0; i < 300; i++) {// 动态分配数据项struct user_data_t *tx = k_malloc(sizeof(*tx));tx->value = i;// 放入FIFOk_fifo_put(&fifo_tx_data, tx);printk("Produced: %d \r\n", i);k_sem_give(&nus_write_sem);k_sleep(K_MSEC(100));}
}void consumer_thread( void )
{int err;printk(" \r\n");printk(" \r\n");err = k_sem_take(&nus_write_sem, K_MSEC(1000));if (err) {printk("Consumed: NUS send timeout  \r\n");}struct user_data_t *item = k_fifo_get(&fifo_tx_data, K_NO_WAIT);if (item != NULL) {printk("Consumed: %d \r\n", item->value);k_free(item);} else {printk("Consumed: Timeout waiting for data \r\n");}
}/***    producer */int main_producer_handler(void){for (;;) {producer_thread();}}#define STACKSIZE                        1024#define PRIORITY                         7K_THREAD_DEFINE(  main_producer_id, STACKSIZE, main_producer_handler, NULL, NULL,NULL, PRIORITY, 0, 0);/***    consumer  */int main_customers_handler(void){for (;;) {consumer_thread();}}#define STACKSIZE_CUSTOMER               1024#define PRIORITY_CUSTOMER                8K_THREAD_DEFINE(  main_customers_id, STACKSIZE_CUSTOMER, main_customers_handler, NULL, NULL,NULL, PRIORITY_CUSTOMER, 0, 0);                   /** End of  */