c - 使用循环缓冲区数组实现运行平均值

Question

我正在尝试实现一个循环缓冲区，以便对在嵌入式 Controller 上运行的 C 语言中的压力传感器生成的数据点流进行平均。这个想法是将最后 N 个压力读数存储在缓冲区中，同时保持缓冲区的运行总和。平均值 = 总和/N。应该是微不足道的。

但是，我看到的平均值是一个开始接近压力读数的值(我用典型值预加载缓冲寄存器)，但随后趋向于零。如果我也显示总和，它也会逐渐下降到零。如果压力发生变化，则平均值会沿着压力变化的方向远离零，但一旦压力稳定就会回到零趋势。

如果有人能发现我犯的错误，那将非常有帮助。

    #define ARRAYSIZE 100

    double Sum;                       // variable for running sum
    double Average;                   // variable for average
    double PressureValue[ARRAYSIZE];  // declare value array
    int i;                            // data array index

    int main(void) {

      while (1) 
      {
        if (i == ARRAYSIZE) i = 0;       // test index, reset if it reaches the upper boundary
        Sum = Sum - PressureValue[i];    // subtract the old datapoint from running sum
        PressureValue[i] = PRESSURE;     // replace previous loop datapoint with new data
        Sum = Sum + PressureValue[i];    // add back the new current value to the running sum
        Average = Sum / ARRAYSIZE;       // calculate average value = SUM / ARRAYSIZE
        ++i;                             // increment index
      }                                  // end while loop

    }                                    // end main

平均代码发生在中断处理程序中；我正在通过 I2C 从压力传感器读取数据，并在每个 I2C 通信阶段结束时触发中断。在最后一个阶段，在检索到包含压力数据的四个字节后，将它们组合成一个完整的读数，然后转换为 PRESSURE 变量中包含的 PSI 中的十进制读数。

显然，这不是从我的代码中直接剪切和粘贴的，但我不想让任何人费力地完成整个过程，所以我将其限制为仅与计算平均值相关的内容，并将变量名更改为更具可读性。尽管如此，我还是看不出我做错了什么。

感谢您的关注!

道格·G。

Answer 1

我没有看到您的代码有任何明显的错误，但正如您所说，您没有提供所有代码，所以谁知道其余部分发生了什么(特别是，如何/如果您正在初始化i 和 Sum)，但以下对我来说工作正常，这基本上与您的算法相同:

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

double PressureValue[8];
double Pressures[800];

int main(void) {
    const size_t array_size = sizeof(PressureValue) / sizeof(PressureValue[0]);
    const size_t num_pressures = sizeof(Pressures) / sizeof(Pressures[0]);
    size_t count = 0, i = 0;
    double average = 0;


    /*  Initialize PressureValue to {0, 1, 2, 3, ...}  */

    for ( size_t n = 0; n < array_size; ++n ) {
        PressureValue[n] = n;
    }
    double sum = ((array_size - 1) / (double) 2) * array_size;

    /*  Initialize pressures to repeats of PressureValue  */

    for ( size_t n = 0; n < num_pressures; ++n ) {
        Pressures[n] = n % array_size;
    }

    while ( count < num_pressures ) {
        if ( i == array_size )
            i = 0;
        sum -= PressureValue[i];
        PressureValue[i] = Pressures[count++];
        sum += PressureValue[i++];
    }

    average = sum / array_size;

    printf("Sum is %f\n", sum);
    printf("Counted %zu pressures\n", count);
    printf("Average is %f\n", average);

    return 0;
}

输出:

paul@local:~/src/c/scratch$ ./pressure
Sum is 28.000000
Counted 800 pressures
Average is 3.500000
paul@local:~/src/c/scratch$

还有一种可能性，当您说它们“转换为 PRESSURE 变量中包含的 PSI 中的十进制读数”时，在其他地方，就此而言，请确保您没有得到任何东西由于整数除法而被截断为零。如果您在添加更多内容时出现“趋向于零”的情况，我会立即对此表示怀疑。例如，将华氏温度转换为摄氏温度的一个典型错误是编写 c = (f - 32) * (5/9)，其中 (5/9) 每次都截断为零，并且总是留给您 c == 0。

此外，作为一般规则，我知道您“不希望任何人不得不费力完成整个事情”，但您会惊讶于有多少次真正的问题不在代码部分你认为是的。这就是为什么提供 SSCCE 很重要的原因。以确保您可以缩小代码范围并实际隔离和重现问题。如果您尝试缩小代码范围并发现您无法 隔离和重现问题，那么几乎可以肯定您的问题不是由您认为的原因引起的。