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[8-2-2] 队列实验_多设备玩游戏(红外改造)_重录

在这节课程中，我们将通过改造之前的程序，引入队列来优化多设备交互的游戏体验。之前的程序使用的是环形缓冲区，这种方式CPU资源利用率较低。我们将通过引入队列，改进数据传输的效率，并提高音乐播放和游戏控制的流畅度。接下来，我将带你逐步实现这个改进，讲解每个步骤的原理和改动。

1. 初始程序的分析

首先，我们回顾一下之前的程序框架。原程序的结构如下：

• 球的链路：控制球的运动和与墙壁、挡板的碰撞。
• 挡球板的链路：通过读取红外遥控器的按键，控制挡球板的左右移动。

1.1 使用环形缓冲区的问题

在原程序中，挡球板的控制链路是通过环形缓冲区来读取红外遥控器的数据。当读取不到数据时，它会一直循环等待，这导致了CPU的资源被浪费，从而影响了系统的响应时间，尤其是导致音乐播放卡顿。

2. 引入队列进行改造

我们决定将环形缓冲区替换为队列，这样可以解决CPU资源浪费的问题，并提高数据传输效率。队列不仅提供了阻塞和唤醒机制，还能够有效地管理任务间的数据传输。

2.1 队列的使用

我们将通过以下步骤改造程序：

1. 创建队列：在程序中创建队列来替代环形缓冲区。
2. 中断中写队列：在红外遥控器的中断服务程序中，将数据写入队列。
3. 任务读取队列：挡球板的链路将从队列中读取数据，来控制挡球板的移动。

2.2 队列创建与操作

使用队列的基本步骤如下：

• 创建队列：我们首先需要创建一个队列来存放数据。
• 写入队列：在红外遥控器的中断服务程序中，将数据写入队列。
• 读取队列：在挡球板的任务链路中读取队列数据，来控制挡球板的移动。

xQueueHandle queue;
queue = xQueueCreate(10, sizeof(int));  // 创建队列，最多存10个数据// 向队列写入数据
int data = 1;
xQueueSend(queue, &data, portMAX_DELAY);// 从队列读取数据
int receivedData;
xQueueReceive(queue, &receivedData, portMAX_DELAY);

3. 改造红外遥控器和旋转编码器的输入

3.1 红外遥控器的数据传输

在原程序中，红外遥控器的数据是通过环形缓冲区传递的。我们将其改为通过队列传递数据。在中断服务程序中解析出数据后，直接写入队列。

// 红外中断服务程序
void IR_ISR() {int data = read_ir_data();xQueueSend(queue, &data, portMAX_DELAY);  // 写入队列
}

3.2 旋转编码器的数据传输

为了进一步优化，我们还引入了旋转编码器。旋转编码器能够提供更高效的输入，减少响应延迟。旋转编码器的数据将通过另一个队列传递，避免与红外遥控器的数据冲突。

// 旋转编码器中断服务程序
void Encoder_ISR() {int speed = read_encoder_speed();xQueueSend(encoderQueue, &speed, portMAX_DELAY);  // 写入队列
}

3.3 任务读取旋转编码器的数据

为了实现更流畅的挡球板控制，我们将根据旋转编码器的速度来调整挡球板的移动。如果旋转速度快，我们将写入多个数据以增加挡球板的移动速度。

// 任务读取旋转编码器的数据并调整挡球板位置
void adjust_paddle_position() {int speed;if (xQueueReceive(encoderQueue, &speed, portMAX_DELAY)) {if (speed > THRESHOLD) {// 快速旋转，增加移动幅度move_paddle(speed);} else {// 慢速旋转，移动幅度小move_paddle(speed / 2);}}
}

4. 队列的改进：阻塞与唤醒机制

通过使用队列，我们能够提高系统的响应效率。队列的阻塞机制保证了当没有数据可读取时，任务会被阻塞，避免了不必要的CPU消耗。队列的唤醒机制确保了当数据可用时，阻塞的任务会被唤醒，继续执行。

4.1 队列阻塞与唤醒

• 阻塞：当队列为空时，任务会被阻塞，等待数据的到来。
• 唤醒：当队列有新数据时，任务会被唤醒并继续执行。

5. 最终效果：更流畅的游戏控制

通过改造后，队列的使用不仅提高了系统的效率，还使得游戏体验更加流畅。通过旋转编码器，我们减少了红外遥控器输入的延迟，使得挡球板的控制更加精确和快速。队列的阻塞与唤醒机制也确保了CPU的高效利用。

5.1 流畅的音乐播放与游戏控制

在程序改进后，音乐播放不再受到影响，同时也能顺利控制挡球板。每当我们按下红外遥控器的按钮或旋转编码器时，系统都会快速响应，控制挡球板的移动，而不会卡顿。

6. 总结

通过这次队列实验，我们成功地优化了原有的程序，使用队列替代了环形缓冲区，不仅提升了数据传输的效率，还改进了系统的响应时间。通过引入旋转编码器，我们进一步提高了挡球板控制的精度和流畅度。

希望通过这篇博客，你能够理解队列在多设备协作中的应用，并掌握如何利用队列优化任务间的数据传输。通过这些技巧，你可以为其他实时任务和多设备系统提供更高效的解决方案。

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这篇博客详细介绍了队列的改造过程，并展示了如何通过队列优化游戏控制和音乐播放。希望你能够将这些概念应用到实际开发中，提升你在多任务和多设备环境下的编程能力。