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01簡介

在之前的文章《stm32 串口詳解》中，我們講解了串口的基本應(yīng)用，使用串口中斷接收數(shù)據(jù)，串口中斷發(fā)送回包(一般可以使用非中斷形式發(fā)送回包，在數(shù)據(jù)接收不頻繁的應(yīng)用中。串口接收中斷保證串口數(shù)據(jù)及時響應(yīng)，使用非中斷方式發(fā)送回包即可)。

后面的文章《STM32使用DMA接收串口數(shù)據(jù)》和《STM32使用DMA發(fā)送串口數(shù)據(jù)》講解了如何使用DMA輔助串口收發(fā)數(shù)據(jù)，使用DMA的好處在于不用CPU即可完成串口收發(fā)數(shù)據(jù)，減輕CPU負(fù)擔(dān)，在串口通信頻繁且不想頻繁中斷的應(yīng)用中非常有用。

除了上述兩種場景，還有一種應(yīng)用場景：串口接收數(shù)據(jù)長度位置，頻率未知，不要求實時處理的場景。如果采用上述方案，接收一幀數(shù)據(jù)立即處理，那么在處理的時候來的數(shù)據(jù)包就“丟失”了。這個時候就需要緩沖隊列來解決這個問題。

02緩沖區(qū)

緩沖區(qū)看名字就知道，是緩沖數(shù)據(jù)用的。實現(xiàn)緩沖區(qū)最簡單的辦法時，定義多個數(shù)組，接收一包數(shù)據(jù)到數(shù)組A，就把接收數(shù)據(jù)的地址換成數(shù)組B，每個數(shù)據(jù)有個標(biāo)記字節(jié)用于表示這個數(shù)組是否收到數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)是否處理完成。

上述方案是完全可行的，但有缺點：

①緩沖數(shù)據(jù)組數(shù)一定，且有多變量，代碼結(jié)構(gòu)不太清晰。

②接收數(shù)據(jù)長度可能大于數(shù)組大小，也可能小于數(shù)組大小。不靈活，需要接收數(shù)據(jù)很長時容易出錯，且內(nèi)存利用率低。

解決這個問題的好辦法是：環(huán)形緩沖區(qū)。

環(huán)形緩沖區(qū)就是一個帶“頭指針”和“尾指針”的數(shù)組。“頭指針”指向環(huán)形緩沖區(qū)中可讀的數(shù)據(jù)，“尾指針”指向環(huán)形緩沖區(qū)中可寫的緩沖空間。通過移動“頭指針”和“尾指針”就可以實現(xiàn)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)讀取和寫入。在通常情況下，應(yīng)用程序讀取環(huán)形緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)僅僅會影響“頭指針”，而串口接收數(shù)據(jù)僅僅會影響“尾指針”。當(dāng)串口接收到新的數(shù)組，則將數(shù)組保存到環(huán)形緩沖區(qū)中，同時將“尾指針”加1，以保存下一個數(shù)據(jù);應(yīng)用程序在讀取數(shù)據(jù)時，“頭指針”加1，以讀取下一個數(shù)據(jù)。當(dāng)“尾指針”超過數(shù)組大小，則“尾指針”重新指向數(shù)組的首元素，從而形成“環(huán)形緩沖區(qū)”!，有效數(shù)據(jù)區(qū)域在“頭指針”和“尾指針”之間。如下圖

如上面說的，環(huán)形緩沖區(qū)其實就是一個數(shù)組，將其“剪開”，然后“拉直”后如下圖

環(huán)形緩沖區(qū)的特性

1、先進(jìn)新出。

2、當(dāng)緩沖區(qū)被使用完，且又有新的數(shù)據(jù)需要存儲時，丟掉歷史最久的數(shù)據(jù)，保存最新數(shù)據(jù)。

03代碼實現(xiàn)

環(huán)形緩沖區(qū)的實現(xiàn)很簡單，只需要簡單的幾個接口即可。

首先需要創(chuàng)建一個環(huán)形緩沖區(qū)

#define  RINGBUFF_LEN          (500)     //定義最大接收字節(jié)數(shù) 500 
#define  RINGBUFF_OK           1      
#define  RINGBUFF_ERR          0    
typedef struct 
{ 
    uint16_t Head;            
    uint16_t Tail; 
    uint16_t Lenght; 
    uint8_t  Ring_data[RINGBUFF_LEN]; 
}RingBuff_t; 
RingBuff_t ringBuff;//創(chuàng)建一個ringBuff的緩沖區(qū) 

當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)環(huán)形緩沖區(qū)被“沖爆”時，也就是緩沖區(qū)滿了，但是還有待緩沖的數(shù)據(jù)時，只需要修改RINGBUFF_LEN的宏定義，增大緩沖區(qū)間即可。

環(huán)形緩沖區(qū)的初始化

/** 
* @brief  RingBuff_Init 
* @param  void 
* @return void 
* @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; 
} 

主要是將環(huán)形緩沖區(qū)的頭，尾和長度清零，表示沒有任何數(shù)據(jù)存入。

環(huán)形緩沖區(qū)的寫入

/** 
* @brief  Write_RingBuff 
* @param  uint8_t data 
* @return FLASE:環(huán)形緩沖區(qū)已滿，寫入失敗;TRUE:寫入成功 
* @note   往環(huán)形緩沖區(qū)寫入uint8_t類型的數(shù)據(jù) 
*/ 
uint8_t Write_RingBuff(uint8_t data) 
{ 
  if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判斷緩沖區(qū)是否已滿 
  { 
    return RINGBUFF_ERR; 
  } 
  ringBuff.Ring_data[ringBuff.Tail]=data; 
  ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法訪問 
  ringBuff.Lenght++; 
  return RINGBUFF_OK; 
} 

這個接口是寫入一個字節(jié)到環(huán)形緩沖區(qū)。這里注意：大家可以根據(jù)自己的實際應(yīng)用修改為一次緩沖多個字節(jié)。并且這個做了緩沖區(qū)滿時報錯且防止非法越界的處理，大家可以自行修改為緩沖區(qū)滿時覆蓋最早的數(shù)據(jù)。

環(huán)形緩沖區(qū)的讀取

/** 
* @brief  Read_RingBuff 
* @param  uint8_t *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 
* @note   從環(huán)形緩沖區(qū)讀取一個u8類型的數(shù)據(jù) 
*/ 
uint8_t Read_RingBuff(uint8_t *rData) 
{ 
  if(ringBuff.Lenght == 0)//判斷非空 
  { 
    return RINGBUFF_ERR; 
  } 
  *rData = ringBuff.Ring_data[ringBuff.Head];//先進(jìn)先出FIFO，從緩沖區(qū)頭出 
  ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法訪問 
  ringBuff.Lenght--; 
  return RINGBUFF_OK; 
} 

讀取的話也很簡單，同樣是讀取一個字節(jié)，大家可以自行修改為讀取多個字節(jié)。

04驗證

光說不練假把式，下面我們就來驗證上面的代碼可行性。

串口中斷函數(shù)中緩沖數(shù)據(jù)

void USART1_IRQHandler(void) 
{ 
  if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE)) 
  { 
    Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1)); 
    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE); 
  } 
} 

在主循環(huán)中，讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，然后發(fā)送出去，因為是簡單的demo，添加了延時模擬CPU處理其他任務(wù)。

while (1) 
  { 
    if(Read_RingBuff(&data))            //從環(huán)形緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù) 
    { 
      USART_SendData(USART1, data); 
    } 
    SysCtlDelay(1*(SystemCoreClock/3000)); 
  } 

驗證，間隔100ms發(fā)送數(shù)據(jù)。

結(jié)果顯示沒有出現(xiàn)丟包問題。如果你的應(yīng)用場景串口通信速率快，數(shù)據(jù)量大或處理速度慢導(dǎo)致丟包，建議增大RINGBUFF_LEN的宏定義，增大緩沖區(qū)間即可。

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