跨语言共享内存 IPC: C++ 与 Python 的零拷贝数据通道设计
工业视觉系统中,C++ 采集 1080p/4K 视频,Python 处理深度学习。传统 TCP/socket 方案的序列化开销高达 10ms,共享内存是唯一能做到真正零拷贝的方案。本文详解 cpp_py_shmbuf 的设计:POSIX 共享内存 + 无锁字节环形缓冲 + 跨语言 POD 协议,30 FPS 1080p 仅占 CPU < 1%。
工业视觉系统中,C++ 采集 1080p/4K 视频,Python 处理深度学习。传统 TCP/socket 方案的序列化开销高达 10ms,共享内存是唯一能做到真正零拷贝的方案。本文详解 cpp_py_shmbuf 的设计:POSIX 共享内存 + 无锁字节环形缓冲 + 跨语言 POD 协议,30 FPS 1080p 仅占 CPU < 1%。
从进程内 MPSC 总线到跨进程 SPMC 共享内存,newosp 同时支持 1:1 (SPSC) 和 1:N (SPMC) 两种共享内存数据分发模式。本文以 LiDAR 点云分发为例,展示 SPMC 的设计、实现和工业应用场景。
基于无锁 MPSC 消息总线,实现嵌入式场景下的数据分发架构。提供两种方案: Component 动态订阅版和 StaticComponent 零开销编译期分发版。单文件 ~100 行,零堆分配,单 worker 线程处理所有订阅者。
工业嵌入式系统需要在 TCP telnet、串口、stdin 等不同环境下统一调试。newosp 的 Shell 模块通过函数指针 I/O 抽象实现多后端统一架构,通过 TCLAP 风格的子命令分发实现运行时控制(日志级别、配置修改、统计重置、生命周期转换),18 个命令覆盖诊断与控制两大需求,全程零堆分配、-fno-exceptions 兼容。
本文介绍的 newosp 库基于 MIT 协议开源,当前版本 v0.2.0。
MCCC 系列第三篇。以 C++14 消息总线的四大堆分配瓶颈为出发点,逐项展示 C++17 的替代方案: std::function -> FixedFunction (SBO + static_assert)、unordered_map -> VariantIndex 固定数组、shared_ptr -> Envelope 内嵌 Ring Buffer、std::string/vector -> FixedString/FixedVector。每项改造附带代码对比、编译期保障机制和性能实测数据。
从 newosp v0.4.3 (43 headers, 1153 tests) 源码中提炼 C++17 能力的实际工程运用。每项附具体代码位置、设计决策和 C 语言对比,展示工业嵌入式库如何将语言特性转化为可靠性与性能优势。
内存屏障是无锁编程的底层基石,但多数文章停留在 acquire/release 的使用层面,没有解释 为什么 CPU 会重排序。本文从 Store Buffer、Invalidation Queue 和 MESI 协议三个硬件机制出发,推导出四种屏障类型的必然性,区分编译器屏障、硬件屏障和 C++ memory_order 三个层次,最终详解 ARM DMB/DSB/ISB 三条指令的精确语义与适用场景。
从 MCCC 消息总线优化实践中提炼 5 个零堆分配模式 (Envelope 内嵌、编译期类型索引、函数指针 RAII、FixedFunction/FixedVector/FixedString、编译期配置矩阵),并附完整性能数据: BARE_METAL 18.7 M/s (54 ns/msg),FULL_FEATURED 5.8 M/s (172 ns/msg),HIGH 优先级零丢失,E2E P99 仅 449 ns。
筛选标准: 只保留 C11 在语言层面无法实现的能力。从类型安全、编译期计算、内存安全、类型分发四个维度,逐项对比 C++17 与 C11 的语言级差异,附完整代码对比。
面向 4 核 ARM-Linux、32-256MB RAM、-fno-exceptions 的工业嵌入式场景,newosp 选择了事件驱动消息总线 + 固定线程预算 + 可移植 I/O 抽象的并发架构。本文从约束出发,展开 AsyncBus (CAS 无锁 MPSC + 优先级准入)、Executor 家族 (SingleThread/Pinned/Realtime)、IoPoller (epoll/poll 编译期选择) 三层设计,详解零堆分配保证、线程预算计算、背压控制机制和 I/O 线程解耦模式,附完整端到端示例和性能数据。
本文展示如何用 newosp C++17 header-only 基础设施库构建激光雷达等高吞吐传感器的 DAG 数据处理 Pipeline。数据面采用 SPSC 直连 + Handle 传递实现真零拷贝,控制面用 AsyncBus 处理诊断和扇入/扇出场景,结合 SoA 数据布局、多级流水线并行和 Stage 融合,在 ARM Cortex-A53 上达到 100 Hz 实时处理目标。
面向激光雷达、工业视觉、机器人等 ARM-Linux 场景,设计一套 C++17 header-only 的流式数据处理架构。覆盖数据流 (10-100 Hz 大块帧) 与控制流 (低频高可靠消息) 的分离处理、零堆分配内存管理、多级流水线调度,基于 newosp 基础设施库实现。
串口协议解析是嵌入式系统中最基础也最容易被忽视的工程问题。本文基于一个完整的 Linux 模拟工程,深入对比缓冲区滑窗扫描与层次状态机(HSM)两种解析架构,覆盖粘包处理、ISR 设计、环形缓冲区、无锁 SPSC 队列、CRC-CCITT 校验、错误恢复等工程细节,并分别讨论裸机(super-loop)和 RT-Thread RTOS 平台的集成方案。
QP/C (Quantum Platform in C) 是一个面向嵌入式实时系统的事件驱动框架,其核心是 Active Object (主动对象) 并发模型与层次状态机 (HSM)。本文从架构设计出发,深入剖析 QPC 的三大支柱: HSM 的冒泡-继承-覆盖机制与 QHsm/QMsm 双实现策略、QActive 零拷贝无锁事件队列的 SPSC 设计、以及 QActive 在 RT-Thread 上的完整移植方案。通过 1kHz 高频采样案例展示框架的工程优势。