每周一个编程小例子：循环队列FIFO

By jzgkchina

August 8, 2026

引言

在嵌入式系统和 PLC 编程中，数据的管理和处理是至关重要的。循环队列作为一种高效的数据存储结构，能够有效地解决数据流动中的问题。本文将介绍 PLC 功能块FB_CircularQueue，该功能块实现了一个简单而高效的循环队列，支持数据的写入和读取操作，并提供队列状态信息。通过深入分析其代码和应用场景，我们将更好地理解循环队列在工业自动化中的应用价值。

程序代码及介绍

下面是完整的 PLC 程序代码(代码基于 CodeSys 平台的 ST 语言)：

FUNCTION_BLOCK FB_CircularQueue
VAR_INPUT    
    DataIn : REAL;         // 输入数据    
    WriteCmd : BOOL;       // 写入命令    
    ReadCmd : BOOL;        // 读取命令    
    QueueSize : INT := 10; // 队列大小
END_VAR
VAR_OUTPUT    
    DataOut : REAL;        // 输出数据    
    QueueCount : INT;      // 队列中数据个数    
    QueueFull : BOOL;      // 队列满    
    QueueEmpty : BOOL;     // 队列空
END_VAR
VAR    
    Queue : ARRAY[1..10] OF REAL; // 存储数据的数组    
    WriteIndex : INT := 1;        // 写入指针    
    ReadIndex : INT := 1;         // 读取指针    
    Count : INT := 0;             // 当前队列中数据个数    
    LastWrite : BOOL;             // 上次写入命令状态    
    LastRead : BOOL;              // 上次读取命令状态
END_VAR
// 写入数据
IF WriteCmd AND NOT LastWrite AND NOT QueueFull THEN    
    Queue[WriteIndex] := DataIn;    
    WriteIndex := WriteIndex MOD QueueSize + 1;    
    Count := Count + 1;
END_IF
// 读取数据
IF ReadCmd AND NOT LastRead AND NOT QueueEmpty THEN    
    DataOut := Queue[ReadIndex];    
    ReadIndex := ReadIndex MOD QueueSize + 1;    
    Count := Count - 1;
END_IF
// 更新队列状态
QueueFull := (Count >= QueueSize);
QueueEmpty := (Count <= 0);
QueueCount := Count;
LastWrite := WriteCmd;
LastRead := ReadCmd;

功能解析

输入变量：

DataIn：输入数据，类型为实数（REAL）。
WriteCmd：写入命令，布尔值（BOOL），用于指示是否执行写入操作。
ReadCmd：读取命令，布尔值（BOOL），用于指示是否执行读取操作。
QueueSize：队列大小，默认为 10，可以根据需要进行调整。

输出变量：

DataOut：输出数据，类型为实数（REAL），包含从队列中读取的数据。
QueueCount：当前队列中数据的个数，类型为整数（INT）。
QueueFull：队列是否已满的状态，布尔值（BOOL）。
QueueEmpty：队列是否为空的状态，布尔值（BOOL）。

内部变量：

Queue：用于存储数据的数组，实现循环队列。
WriteIndex 和 ReadIndex：分别表示写入和读取的位置。
Count：记录队列中当前数据的数量。
LastWrite 和 LastRead：用于防止重复的写入和读取操作。

代码逻辑详解

写入数据：

当有写入命令且上一次没有写入操作，并且队列未满时，将输入数据存储到当前的写入位置。
更新写入指针WriteIndex，使用取模操作实现循环，以确保指针在队列的范围内。
增加数据计数Count。

读取数据：

当有读取命令且上一次没有读取操作，并且队列不为空时，从当前的读取位置获取数据。
更新读取指针ReadIndex，同样使用取模操作实现循环。
减少数据计数Count。

更新队列状态：

根据当前的数据计数更新队列是否满和是否空的状态。

应用场景

功能块具有广泛的应用场景，尤其适合以下几种情况：

数据采集：在实时监控系统中，循环队列可以接收来自传感器或设备的数据流，并保证数据的顺序性和连续性。

信号处理：在控制系统中，循环队列可以用于暂存输入信号，避免在信号处理时出现丢失。

任务调度：在多任务系统中，循环队列可以用于维护待处理任务的列表，确保任务按照先进先出的原则执行。

缓冲区管理：在通信系统中，循环队列可以作为数据缓冲区，有效管理数据的发送与接收。

拓展思考

随着技术的进步和应用场景的不断拓展，循环队列的实现和功能也可以考虑进一步优化：

动态队列大小：允许用户在运行时动态调整队列的大小，而不仅限于固定大小，以适应不同数据流量的需求。

多种读取策略：扩展队列功能，支持不同的读取策略，如随机读取或优先级读取，满足更多复杂应用的需求。

错误处理机制：增加对写入和读取过程中可能出现的错误（如超出范围、空队列读取等）的处理，提高系统的健壮性。

性能优化：在数据量大或者频率高的情况下，优化队列的写入与读取算法，提升响应速度和处理能力。

总结

本文详细介绍了 PLC 功能块FB_CircularQueue的设计与实现，分析了其输入输出结构、核心代码逻辑及应用场景。通过有效管理数据的写入和读取，该功能块为工业自动化中的数据处理提供了灵活、可靠的解决方案。随着技术的不断发展，循环队列的应用将会越来越广泛，推动各类系统向更高的效率和智能化发展。

你来出题我来答

欢迎大家在评论区提一些标准功能块的需求，如果合适，我们会在以后的文章中与大家分享。

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