STM32进阶之串口环形缓冲区实现

队列的概念

在此之前，我们来回顾⼀下队列的基本概念：

队列 (Queue)：是⼀种先进先出(First In First Out ,简称 FIFO)的线性表，只允许在⼀端插⼊（⼊队），在另⼀端进⾏删除（出队）。

队列的特点

类似售票排队窗⼝，先到的⼈看到能先买到票，然后先⾛，后来的⼈只能后买到票

队列的常见两种形式

普通队列

在计算机中，每个信息都是存储在存储单元中的，⽐喻⼀下吧，上图的⼀些⼩正⽅形格⼦就是⼀个个存储单元，你可以理解为常见的数组，存放我们⼀个个的信息。

当有⼤量数据的时候，我们不能存储所有的数据，那么计算机处理数据的时候，只能先处理先来的，那么处理完后呢，就会把数据释放掉，再处理下⼀个。那么，已经处理的数据的内存就会被浪费掉。因为后来的数据只能往后排队，如过要将剩余的数据都往前移动⼀次，那么效率就会低下了，肯定不现实，所以，环形队列就出现了。

环形队列

它的队列就是⼀个环，它避免了普通队列的缺点，就是有点难理解⽽已，其实它就是⼀个队列，⼀样有队列头，队列尾，⼀样是先进先出（FIFO）。我们采⽤顺时针的⽅式来对队列进⾏排序。

队列头 (Head) : 允许进⾏删除的⼀端称为队⾸。队列尾 (Tail) : 允许进⾏插⼊的⼀端称为队尾。

环形队列的实现：在计算机中，也是没有环形的内存的，只不过是我们将顺序的内存处理过，让某⼀段内存形成环形，使他们⾸尾相连，简单来说，这其实就是⼀个数组，只不过有两个指针，⼀个指向列队头，⼀个指向列队尾。指向列队头的指针(Head)是缓冲区可读的数据，指向列队尾的指针(Tail)是缓冲区可写的数据，通过移动这两个指针(Head) &(Tail)即可对缓冲区的数据进⾏读写操作了，直到缓冲区已满（头尾相接），将数据处理完，可以释放掉数据，⼜可以进⾏存储新的数据了。

实现的原理：初始化的时候，列队头与列队尾都指向0，当有数据存储的时候，数据存储在‘0’的地址空间，列队尾指向下⼀个可以存储数据的地⽅‘1’，再有数据来的时候，存储数据到地址‘1’，然后队列尾指向下⼀个地址‘2’。当数据要进⾏处理的时候，肯定是先处理‘0’空间的数据，也就是列队头的数据，处理完了数据，‘0’地址空间的数据进⾏释放掉，列队头指向下⼀个可以处理数据的地址‘1’。从⽽实现整个环形缓冲区的数据读写。

看图，队列头就是指向已经存储的数据，并且这个数据是待处理的。下⼀个CPU处理的数据就是1；⽽队列尾则指向可以进⾏写数据的地址。当1处理了，就会把1释放掉。并且把队列头指向2。当写⼊了⼀个数据6，那么队列尾的指针就会指向下⼀个可以写的地址。

从队列到串⼝缓冲区的实现

串⼝环形缓冲区收发：在很多⼊门级教程中，我们知道的串⼝收发都是：接收⼀个数据，触发中断，然后把数据发回来。这种处理⽅式是没有缓冲的，当数量太⼤的时候，亦或者当数据接收太快的时候，我们来不及处理已经收到的数据，那么，当再次收到数据的时候，就会将之前还未处理的数据覆盖掉。那么就会出现丢包的现象了，对我们的程序是⼀个致命的创伤。

那么如何避免这种情况的发⽣呢，很显然，上⾯说的⼀些队列的特性很容易帮我们实现我们需要的情况。将接受的数据缓存⼀下，让处理的

速度有些许缓冲，使得处理的速度赶得上接收的速度，上⾯⼜已经分析了普通队列与环形队列的优劣了，那么我们肯定是⽤环形队列来进⾏实现了。下⾯就是代码的实现：

定义⼀个结构体：

typedef struct{

u16 Head; u16 Tail; u16 Lenght;

u8 Ring_Buff[RINGBUFF_LEN];}RingBuff_t;

RingBuff_t ringBuff;//创建⼀个ringBuff的缓冲区

初始化

初始化结构体相关信息：使得我们的环形缓冲区是头尾相连的，并且⾥⾯没有数据，也就是空的队列。

/**

* @brief RingBuff_Init * @param void * @return void * @author 杰杰 * @date 2018 * @version v1.0

* @note 初始化环形缓冲区 */

void RingBuff_Init(void){

//初始化相关信息 ringBuff.Head = 0; ringBuff.Tail = 0; ringBuff.Lenght = 0;}

初始化效果如下：

写⼊环形缓冲区的代码实现：

/**

* @brief Write_RingBuff * @param u8 data

* @return FLASE:环形缓冲区已满，写⼊失败;TRUE:写⼊成功 * @author 杰杰 * @date 2018 * @version v1.0

* @note 往环形缓冲区写⼊u8类型的数据 */

u8 Write_RingBuff(u8 data){

if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判断缓冲区是否已满 {

return FLASE; }

ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Tail]=data;// ringBuff.Tail++;

ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防⽌越界⾮法访问 ringBuff.Lenght++; return TRUE;}

读取缓冲区的数据的代码实现：

/**

* @brief Read_RingBuff

* @param u8 *rData，⽤于保存读取的数据

* @return FLASE:环形缓冲区没有数据，读取失败;TRUE:读取成功 * @author 杰杰 * @date 2018 * @version v1.0

* @note 从环形缓冲区读取⼀个u8类型的数据 */

u8 Read_RingBuff(u8 *rData){

if(ringBuff.Lenght == 0)//判断⾮空 {

return FLASE; }

*rData = ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Head];//先进先出FIFO，从缓冲区头出// ringBuff.Head++;

ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防⽌越界⾮法访问 ringBuff.Lenght--; return TRUE;}

对于读写操作需要注意的地⽅有两个：

1. 判断队列是否为空或者满，如果空的话，是不允许读取数据的，返回FLASE。如果是满的话，也是不允许写⼊数据的，避免将已有数据覆盖掉。那么如果处理的速度赶不上接收的速度，可以适当增⼤缓冲区的⼤⼩，⽤空间换取时间。2. 防⽌指针越界⾮法访问，程序有说明，需要使⽤者对整个缓冲区的⼤⼩进⾏把握。那么在串⼝接收函数中：

void USART1_IRQHandler(void) {

if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断 {

USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); //清楚标志位 Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1)); //读取接收到的数据 }}

测试效果

测试数据没有发⽣丢包现象

补充

对于现在的阶段，杰杰我本⼈写代码也慢慢学会规范了。所有的代码⽚段均使⽤了可读性很强的，还有可移植性也很强的。我使⽤了宏定义来决定是否开启环形缓冲区的⽅式来收发数据，移植到⼤家的代码并不会有其他副作⽤，只需要开启宏定义即可使⽤了。

#define USER_RINGBUFF 1 //使⽤环形缓冲区形式接收数据 #if USER_RINGBUFF

/**如果使⽤环形缓冲形式接收串⼝数据***/

#define RINGBUFF_LEN 200 //定义最⼤接收字节数 200 #define FLASE 1 #define TRUE 0

void RingBuff_Init(void); u8 Write_RingBuff(u8 data); u8 Read_RingBuff(u8 *rData);#endif

当然，我们完全可以⽤空闲中断与DMA传输，效率更⾼，但是某些单⽚机没有空闲中断与DMA，那么这种环形缓冲区的作⽤就很⼤了，并且移植简便。

说明：⽂章部分截图来源慕课⽹james_yuan⽼师的课程

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