STM32中怎么實現(xiàn)串口環(huán)形緩沖區(qū)

這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)STM32中怎么實現(xiàn)串口環(huán)形緩沖區(qū)，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

隊列的概念

在此之前，我們來回顧一下隊列的基本概念：

隊列 (Queue)：是一種先進先出(First In First Out ,簡稱 FIFO)的線性表，只允許在一端插入（入隊），在另一端進行刪除（出隊）。

隊列的特點

類似售票排隊窗口，先到的人看到能先買到票，然后先走，后來的人只能后買到票

隊列的常見兩種形式

普通隊列

在計算機中，每個信息都是存儲在存儲單元中的，比喻一下吧，上圖的一些小正方形格子就是一個個存儲單元，你可以理解為常見的數(shù)組，存放我們一個個的信息。

當有大量數(shù)據(jù)的時候，我們不能存儲所有的數(shù)據(jù)，那么計算機處理數(shù)據(jù)的時候，只能先處理先來的，那么處理完后呢，就會把數(shù)據(jù)釋放掉，再處理下一個。那么，已經(jīng)處理的數(shù)據(jù)的內(nèi)存就會被浪費掉。因為后來的數(shù)據(jù)只能往后排隊，如過要將剩余的數(shù)據(jù)都往前移動一次，那么效率就會低下了，肯定不現(xiàn)實，所以，環(huán)形隊列就出現(xiàn)了。

環(huán)形隊列

它的隊列就是一個環(huán)，它避免了普通隊列的缺點，就是有點難理解而已，其實它就是一個隊列，一樣有隊列頭，隊列尾，一樣是先進先出（FIFO）。我們采用順時針的方式來對隊列進行排序。

• 隊列頭 (Head) : 允許進行刪除的一端稱為隊首。

• 隊列尾 (Tail) : 允許進行插入的一端稱為隊尾。

環(huán)形隊列的實現(xiàn)：在計算機中，也是沒有環(huán)形的內(nèi)存的，只不過是我們將順序的內(nèi)存處理過，讓某一段內(nèi)存形成環(huán)形，使他們首尾相連，簡單來說，這其實就是一個數(shù)組，只不過有兩個指針，一個指向列隊頭，一個指向列隊尾。指向列隊頭的指針(Head)是緩沖區(qū)可讀的數(shù)據(jù)，指向列隊尾的指針(Tail)是緩沖區(qū)可寫的數(shù)據(jù)，通過移動這兩個指針(Head) &(Tail)即可對緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)進行讀寫操作了，直到緩沖區(qū)已滿（頭尾相接），將數(shù)據(jù)處理完，可以釋放掉數(shù)據(jù)，又可以進行存儲新的數(shù)據(jù)了。

實現(xiàn)的原理：初始化的時候，列隊頭與列隊尾都指向0，當有數(shù)據(jù)存儲的時候，數(shù)據(jù)存儲在‘0’的地址空間，列隊尾指向下一個可以存儲數(shù)據(jù)的地方‘1’，再有數(shù)據(jù)來的時候，存儲數(shù)據(jù)到地址‘1’，然后隊列尾指向下一個地址‘2’。當數(shù)據(jù)要進行處理的時候，肯定是先處理‘0’空間的數(shù)據(jù)，也就是列隊頭的數(shù)據(jù)，處理完了數(shù)據(jù)，‘0’地址空間的數(shù)據(jù)進行釋放掉，列隊頭指向下一個可以處理數(shù)據(jù)的地址‘1’。從而實現(xiàn)整個環(huán)形緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀寫。

看圖，隊列頭就是指向已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)，并且這個數(shù)據(jù)是待處理的。下一個CPU處理的數(shù)據(jù)就是1；而隊列尾則指向可以進行寫數(shù)據(jù)的地址。當1處理了，就會把1釋放掉。并且把隊列頭指向2。當寫入了一個數(shù)據(jù)6，那么隊列尾的指針就會指向下一個可以寫的地址。

從隊列到串口緩沖區(qū)的實現(xiàn)

串口環(huán)形緩沖區(qū)收發(fā)：在很多入門級教程中，我們知道的串口收發(fā)都是：接收一個數(shù)據(jù)，觸發(fā)中斷，然后把數(shù)據(jù)發(fā)回來。這種處理方式是沒有緩沖的，當數(shù)量太大的時候，亦或者當數(shù)據(jù)接收太快的時候，我們來不及處理已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)，那么，當再次收到數(shù)據(jù)的時候，就會將之前還未處理的數(shù)據(jù)覆蓋掉。那么就會出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象了，對我們的程序是一個致命的創(chuàng)傷。

那么如何避免這種情況的發(fā)生呢，很顯然，上面說的一些隊列的特性很容易幫我們實現(xiàn)我們需要的情況。將接受的數(shù)據(jù)緩存一下，讓處理的速度有些許緩沖，使得處理的速度趕得上接收的速度，上面又已經(jīng)分析了普通隊列與環(huán)形隊列的優(yōu)劣了，那么我們肯定是用環(huán)形隊列來進行實現(xiàn)了。下面就是代碼的實現(xiàn)：

定義一個結(jié)構(gòu)體：

typedef struct
{
    u16 Head;           
    u16 Tail;
    u16 Lenght;
    u8 Ring_Buff[RINGBUFF_LEN];
}RingBuff_t;
RingBuff_t ringBuff;//創(chuàng)建一個ringBuff的緩沖區(qū)

初始化

初始化結(jié)構(gòu)體相關(guān)信息：使得我們的環(huán)形緩沖區(qū)是頭尾相連的，并且里面沒有數(shù)據(jù)，也就是空的隊列。

/**
 * @brief  RingBuff_Init
 * @param  void
 * @return void
 * @author 杰杰
 * @date   2018
 * @version v1.0
 * @note   初始化環(huán)形緩沖區(qū)
 */
void RingBuff_Init(void)
{
   //初始化相關(guān)信息
   ringBuff.Head = 0;
   ringBuff.Tail = 0;
   ringBuff.Lenght = 0;
}

初始化效果如下：

寫入環(huán)形緩沖區(qū)的代碼實現(xiàn)：

/**
 * @brief  Write_RingBuff
 * @param  u8 data
 * @return FLASE:環(huán)形緩沖區(qū)已滿，寫入失敗;TRUE:寫入成功
 * @author 杰杰
 * @date   2018
 * @version v1.0
 * @note   往環(huán)形緩沖區(qū)寫入u8類型的數(shù)據(jù)
 */
u8 Write_RingBuff(u8 data)
{
   if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判斷緩沖區(qū)是否已滿
    {
      return FLASE;
    }
    ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Tail]=data;
//    ringBuff.Tail++;
    ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法訪問
    ringBuff.Lenght++;
    return TRUE;
}

讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)的代碼實現(xiàn)：

/**
 * @brief  Read_RingBuff
 * @param  u8 *rData，用于保存讀取的數(shù)據(jù)
 * @return FLASE:環(huán)形緩沖區(qū)沒有數(shù)據(jù)，讀取失敗;TRUE:讀取成功
 * @author 杰杰
 * @date   2018
 * @version v1.0
 * @note   從環(huán)形緩沖區(qū)讀取一個u8類型的數(shù)據(jù)
 */
u8 Read_RingBuff(u8 *rData)
{
   if(ringBuff.Lenght == 0)//判斷非空
    {
       return FLASE;
    }
   *rData = ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Head];//先進先出FIFO，從緩沖區(qū)頭出
//   ringBuff.Head++;
   ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法訪問
   ringBuff.Lenght--;
   return TRUE;
}

對于讀寫操作需要注意的地方有兩個：

1. 判斷隊列是否為空或者滿，如果空的話，是不允許讀取數(shù)據(jù)的，返回FLASE。如果是滿的話，也是不允許寫入數(shù)據(jù)的，避免將已有數(shù)據(jù)覆蓋掉。那么如果處理的速度趕不上接收的速度，可以適當增大緩沖區(qū)的大小，用空間換取時間。

2. 防止指針越界非法訪問，程序有說明，需要使用者對整個緩沖區(qū)的大小進行把握。

那么在串口接收函數(shù)中：

void USART1_IRQHandler(void)   
{
   if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中斷
                   {
           USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);       //清楚標志位
           Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1));      //讀取接收到的數(shù)據(jù)
       }
}

測試效果

測試數(shù)據(jù)沒有發(fā)生丟包現(xiàn)象

補充

對于現(xiàn)在的階段，杰杰我本人寫代碼也慢慢學會規(guī)范了。所有的代碼片段均使用了可讀性很強的，還有可移植性也很強的。我使用了宏定義來決定是否開啟環(huán)形緩沖區(qū)的方式來收發(fā)數(shù)據(jù)，移植到大家的代碼并不會有其他副作用，只需要開啟宏定義即可使用了。

 #define USER_RINGBUFF  1  //使用環(huán)形緩沖區(qū)形式接收數(shù)據(jù)
 #if  USER_RINGBUFF
 /**如果使用環(huán)形緩沖形式接收串口數(shù)據(jù)***/
 #define  RINGBUFF_LEN          200     //定義最大接收字節(jié)數(shù) 200
 #define  FLASE   1 
 #define  TRUE    0 
 void RingBuff_Init(void);
 u8 Write_RingBuff(u8 data);
 u8 Read_RingBuff(u8 *rData);
#endif

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