学习嵌入式C编程语言：了解联合数据对象

如果“设备B”需要不断获取所有这些信息，我们可以将所有这些变量存储在结构中，并将该结构发送到“设备B”。结构大小将至少等于这些变量的大小之和，即9个字节。

因此，每次“设备A”与“设备B”对话时，都需要通过两个设备之间的通信链路传输9字节的数据帧。图2描绘了“设备A”用来存储变量和需要通过通信链接的数据帧的结构。


图2
但是，让我们考虑另一种情况，我们仅偶尔需要发送状态信息。另外，假设没有必要在给定时间同时获取位置和速度信息。换句话说，有时我们仅发送位置，有时仅发送速度，有时仅发送状态信息。在这种情况下，将信息存储为9字节结构并通过通信链接进行传输似乎不是一个好主意。

状态信息只能由三个字节表示。对于位置和速度，我们分别只需要四个和两个字节。因此，“设备A”在一次传输中需要发送的最大字节数为4，因此，我们仅需要四个字节的内存即可存储此信息。这四个字节的内存空间将在我们的三种消息类型之间共享（请参见图3）。

此外，请注意，通过通信链路传递的数据帧的长度从九个字节减少到四个字节。


图3
总而言之，如果我们的程序具有互斥的变量，我们可以将它们存储在共享的内存区域中，以保留宝贵的内存空间。这可能很重要，尤其是在内存受限的嵌入式系统中。在这种情况下，我们可以使用联合创建所需的共享内存空间。

上面的示例表明，使用联合来处理互斥变量也可以帮助我们节省通信带宽。节省通信带宽有时甚至比节省内存更为重要。

对消息包使用联合
让我们看看如何使用联合存储上面示例的变量。我们有三种不同的消息类型：状态，位置和速度。我们可以为状态和位置消息的变量创建一个结构（以便将这些消息的变量分组并作为单个数据对象进行操作）。
以下结构用于此目的：



现在，我们可以将这些结构与“ vel”变量一起放在一个并集中：



上面的代码指定了联合模板，并创建了该模板的变量（名为“ msg_union”）。在该联合内部，有两个结构（“状态”和“位置”）和一个两个字节的变量（“ vel”）。此联合的大小将等于其最大成员的大小，即“位置”结构，该结构占用四个字节的内存。此存储空间在“状态”，“位置”和“ vel”变量之间共享。

如何跟踪结构体活跃成员
我们可以使用上述联合的共享内存空间来存储我们的变量；但是，仍然存在一个问题：接收方应如何确定已发送哪种类型的消息？接收者需要识别消息类型才能成功解释接收到的信息。例如，如果我们发送“位置”消息，则接收到的数据的所有四个字节都很重要，但是对于“速度”消息，仅应使用接收到的字节中的两个。

要解决此问题，我们需要将联合与另一个变量关联，例如“ msg_type”，该变量指示消息类型（或最后写入的联合成员）。结合有离散值（表示该联盟的活动成员）的联合称为“区分联合”或“标记联合”。

关于“ msg_type”变量的数据类型，我们可以使用C语言的枚举数据类型来创建符号常量。但是，我们将使用字符来指定消息类型，只是为了使事情尽可能简单：



我们可以为“ msg_type”变量考虑三个可能的值：“ s”表示“状态”消息，“ p”表示“位置”消息，“ v”表示“速度”消息。现在，我们可以将“消息”结构发送到“设备B”，并使用“ msg_type”变量的值作为消息类型的指示符。例如，如果接收到的“ msg_type”的值为“ p”，则“设备B”将知道共享内存空间包含两个2字节变量。

注意，由于我们需要传递“ msg_type”变量，因此必须在通过通信链接发送的数据帧中添加另一个字节。还请注意，使用此解决方案，接收者无需提前知道传入的是哪种消息。

替代解决方案：动态内存分配
我们看到，并集使我们可以声明一个共享内存区域，以节省内存空间和通信带宽。但是，还有另一种存储互斥变量的方法，例如上面的示例。第二种解决方案使用动态内存分配来存储每种消息类型的变量。

同样，我们将需要有一个变量“ msg_type”来指定通信链路的发送器和接收器端的消息类型。例如，如果“设备A”需要发送位置消息，它将“ msg_type”设置为“ p”并分配四个字节的存储空间来存储“ x_pos”和“ y_pos”变量。接收器将检查“ msg_type”的值，并根据其值创建适当的存储空间以存储和解释传入的数据帧。

就内存使用而言，动态内存的使用会更有效，因为我们为每种消息类型分配的空间恰到好处。基于联合的解决方案并非如此。在那里，我们有四个字节的共享内存来存储所有三种消息类型，尽管“状态”消息和“速度”消息分别仅需要三个字节和两个字节。但是，动态内存分配可能会变慢，并且程序员需要包含释放分配的内存的代码。因此，程序员通常更喜欢使用基于联合的解决方案。