嵌入式Linux平臺(tái)下隨機(jī)序列算法設(shè)計(jì)

嵌入式Linux平臺(tái)下隨機(jī)序列算法設(shè)計(jì)

【摘 要】本文以多媒體播放器的隨機(jī)不重復(fù)播放機(jī)能為切入點(diǎn)，針對(duì)嵌入式平臺(tái)實(shí)時(shí)性要求高，處理速度不夠快，但系統(tǒng)存儲(chǔ)歌曲量大的特點(diǎn)，進(jìn)行隨機(jī)序列產(chǎn)生算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，并在ARM Linux平臺(tái)下進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)檢證。

【關(guān)鍵詞】嵌入式；Linux；隨機(jī)；序列；播放 　　0 背景 　　隨著近幾年嵌入式系統(tǒng)總體能力的提升，嵌入式多媒體應(yīng)用越來(lái)越豐富。從低端的MP3播放器，中端的workman，到高端的智能手機(jī)，音樂(lè)播放功能已經(jīng)成為系統(tǒng)默認(rèn)具備的功能。 　　嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力已經(jīng)跨入G時(shí)代。隨身可攜帶的歌曲數(shù)量從幾十首，已經(jīng)上升至幾百首，甚至上萬(wàn)首。 　　隨機(jī)播放機(jī)能存在一種需求，要將播放列表中的歌曲隨機(jī)播放一遍，在所有歌曲都播放一遍之前，不能出現(xiàn)有重復(fù)播放的情況。 　　1 嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn) 　　嵌入式系統(tǒng)的能力現(xiàn)在雖然已經(jīng)提升不少，但和個(gè)人計(jì)算機(jī)相比較，運(yùn)算能力仍然無(wú)法匹敵個(gè)人計(jì)算機(jī)。并且還存在以下幾種嵌入式系統(tǒng)特有的特點(diǎn)： 　　*運(yùn)算數(shù)據(jù)通常不能被交換到外部存儲(chǔ)設(shè)備上，程序可以使用的內(nèi)存無(wú)法超過(guò)物理內(nèi)存容量。 　　*人機(jī)交互需要快速的實(shí)時(shí)響應(yīng)，耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)的程序給用戶較差的性能體驗(yàn)。 　　*外部存儲(chǔ)器多為FLASH設(shè)備，寫入壽命有限制，程序設(shè)計(jì)需要盡可能減少FLASH的寫操作。 　　因此，在嵌入式系統(tǒng)中，隨機(jī)播放的算法需要在時(shí)間以及空間的設(shè)計(jì)中，獲得一個(gè)平衡，這樣才能讓用戶有最好的體驗(yàn)。 　　2 算法的目標(biāo) 　　*需要隨機(jī)播放的總數(shù)是可變化。 　　*在總數(shù)給定的情況下，隨機(jī)產(chǎn)生的序列不能出現(xiàn)重復(fù)。 　　*時(shí)間和空間使用是平衡的，滿足嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)。 　　3 解決方案 　　為了能夠達(dá)成上述目標(biāo)，主要采用下面幾種技術(shù)方案： 　　*將隨機(jī)序列的產(chǎn)生，分配到每一次歌曲切換的時(shí)候，而不是在初始化的過(guò)程中全部生成。 　　*將隨機(jī)序列中某一個(gè)隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生，分解為按照16進(jìn)制數(shù)位分別產(chǎn)生，避免因?yàn)楦枨偭康奶岣邔?dǎo)致時(shí)間出現(xiàn)指數(shù)級(jí)別的增長(zhǎng)，盡可能控制為線性增長(zhǎng)。 　　*采用bitmap標(biāo)示已經(jīng)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。 　　*采用用時(shí)申請(qǐng)的方式動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存。 　　*記錄隨機(jī)序列產(chǎn)生的結(jié)果，并提供回溯查詢功能。 　　基于上面的技術(shù)方案，在本設(shè)計(jì)中將整體算法劃分為兩個(gè)部分： 　　*隨機(jī)數(shù)列產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生不重復(fù)的隨機(jī)數(shù)列。 　　*隨機(jī)數(shù)列記錄器，用于記錄已經(jīng)隨機(jī)數(shù)列，并向外部提供訪問(wèn)接口。 　　4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 　　4.1 頂層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 　　頂層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(shuffle_t)包含隨機(jī)數(shù)列產(chǎn)生器和隨機(jī)數(shù)列記錄器。 　　下面是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義： 　　typedef struct _shuffle_t { 　　/* 隨機(jī)數(shù)列的最大值 */ 　　int max； 　　/* 隨機(jī)數(shù)列產(chǎn)生器 */ 　　random_t *random； 　　/* 隨機(jī)數(shù)列記錄器 */ 　　sequence_t *sequence； 　　}shuffle_t； 　　在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)關(guān)系如圖1所示。 　　圖1 頂級(jí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖 　　4.2 隨機(jī)數(shù)列產(chǎn)生器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 　　隨機(jī)數(shù)列產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(random_t)包含三個(gè)部分： 　　*動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的bitmap池。 　　*優(yōu)化的16以內(nèi)的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。 　　*按數(shù)位順序產(chǎn)生，代有檢測(cè)功能的隨機(jī)數(shù)列控制器。 　　下面是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義： 　　/*雙向循環(huán)鏈表 */ 　　typedef struct _chain_t { 　　/* 前一個(gè)鏈表 */ 　　struct _chain_t *prev； 　　/* 后一個(gè)鏈表 */ 　　struct _chain_t *next； 　　}chain_t； 　　/* digit池的描述頭 */ 　　typedef struct _pool_head_t { 　　/* 雙向循環(huán)鏈表 */ 　　chain_t chain； 　　/* 當(dāng)前digit池的總數(shù) */ 　　int total； 　　/* 當(dāng)前digit池已使用個(gè)數(shù) */ 　　int used； 　　/* digit池首地址 */ 　　char *data； 　　}pool_head_t； 　　/* digit池總?cè)肟?*/ 　　typedef struct _pool_t { 　　/* bitmap池中，一個(gè)bitmap單位的大小 */ 　　int block_size； 　　/* bitmap池雙向鏈表的表頭 */ 　　chain_t chain； 　　}pool_t； 　　/* 16以內(nèi)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器 */ 　　typedef struct _hex_random_t {

總結(jié)

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