• 加个丽字

01简介

在之前的文章《stm32 串口详解》中,我们讲解了串口的基本应用,使用串口中断接收数据,串口中断发送回包(一般可以使用非中断形式发送回包,在数据接收不频繁的应用中。串口接收中断保证串口数据及时响应,使用非中断方式发送回包即可)。

后面的文章《STM32使用DMA接收串口数据》和《STM32使用DMA发送串口数据》讲解了如何使用DMA辅助串口收发数据,使用DMA的好处在于不用CPU即可完成串口收发数据,减轻CPU负担,在串口通信频繁且不想频繁中断的应用中非常有用。

除了上述两种场景,还有一种应用场景:串口接收数据长度位置,频率未知,不要求实时处理的场景。如果采用上述方案,接收一帧数据立即处理,那么在处理的时候来的数据包就“丢失”了。这个时候就需要缓冲队列来解决这个问题。

02缓冲区

缓冲区看名字就知道,是缓冲数据用的。实现缓冲区最简单的办法时,定义多个数组,接收一包数据到数组A,就把接收数据的地址换成数组B,每个数据有个标记字节用于表示这个数组是否收到数据,收到数据是否处理完成。

上述方案是完全可行的,但有缺点:

①缓冲数据组数一定,且有多变量,代码结构不太清晰。

②接收数据长度可能大于数组大小,也可能小于数组大小。不灵活,需要接收数据很长时容易出错,且内存利用率低。

解决这个问题的好办法是:环形缓冲区。

环形缓冲区就是一个带“头指针”和“尾指针”的数组。“头指针”指向环形缓冲区中可读的数据,“尾指针”指向环形缓冲区中可写的缓冲空间。通过移动“头指针”和“尾指针”就可以实现缓冲区的数据读取和写入。在通常情况下,应用程序读取环形缓冲区的数据仅仅会影响“头指针”,而串口接收数据仅仅会影响“尾指针”。当串口接收到新的数组,则将数组保存到环形缓冲区中,同时将“尾指针”加1,以保存下一个数据;应用程序在读取数据时,“头指针”加1,以读取下一个数据。当“尾指针”超过数组大小,则“尾指针”重新指向数组的首元素,从而形成“环形缓冲区”!,有效数据区域在“头指针”和“尾指针”之间。如下图

如上面说的,环形缓冲区其实就是一个数组,将其“剪开”,然后“拉直”后如下图

环形缓冲区的特性

1、先进新出。

2、当缓冲区被使用完,且又有新的数据需要存储时,丢掉历史最久的数据,保存最新数据。

03代码实现

环形缓冲区的实现很简单,只需要简单的几个接口即可。

首先需要创建一个环形缓冲区

  1. #define  RINGBUFF_LEN          (500)     //定义最大接收字节数 500 
  2. #define  RINGBUFF_OK           1      
  3. #define  RINGBUFF_ERR          0    
  4. typedef struct 
  5.     uint16_t Head;            
  6.     uint16_t Tail; 
  7.     uint16_t Lenght; 
  8.     uint8_t  Ring_data[RINGBUFF_LEN]; 
  9. }RingBuff_t; 
  10. RingBuff_t ringBuff;//创建一个ringBuff的缓冲区 

当我们发现环形缓冲区被“冲爆”时,也就是缓冲区满了,但是还有待缓冲的数据时,只需要修改RINGBUFF_LEN的宏定义,增大缓冲区间即可。

环形缓冲区的初始化

  1. /** 
  2. * @brief  RingBuff_Init 
  3. * @param  void 
  4. * @return void 
  5. * @note   初始化环形缓冲区 
  6. */ 
  7. void RingBuff_Init(void) 
  8.   //初始化相关信息 
  9.   ringBuff.Head = 0; 
  10.   ringBuff.Tail = 0; 
  11.   ringBuff.Lenght = 0; 

主要是将环形缓冲区的头,尾和长度清零,表示没有任何数据存入。

环形缓冲区的写入

  1. /** 
  2. * @brief  Write_RingBuff 
  3. * @param  uint8_t data 
  4. * @return FLASE:环形缓冲区已满,写入失败;TRUE:写入成功 
  5. * @note   往环形缓冲区写入uint8_t类型的数据 
  6. */ 
  7. uint8_t Write_RingBuff(uint8_t data) 
  8.   if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判断缓冲区是否已满 
  9.   { 
  10.     return RINGBUFF_ERR; 
  11.   } 
  12.   ringBuff.Ring_data[ringBuff.Tail]=data; 
  13.   ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问 
  14.   ringBuff.Lenght++; 
  15.   return RINGBUFF_OK; 

这个接口是写入一个字节到环形缓冲区。这里注意:大家可以根据自己的实际应用修改为一次缓冲多个字节。并且这个做了缓冲区满时报错且防止非法越界的处理,大家可以自行修改为缓冲区满时覆盖最早的数据。

环形缓冲区的读取

  1. /** 
  2. * @brief  Read_RingBuff 
  3. * @param  uint8_t *rData,用于保存读取的数据 
  4. * @return FLASE:环形缓冲区没有数据,读取失败;TRUE:读取成功 
  5. * @note   从环形缓冲区读取一个u8类型的数据 
  6. */ 
  7. uint8_t Read_RingBuff(uint8_t *rData) 
  8.   if(ringBuff.Lenght == 0)//判断非空 
  9.   { 
  10.     return RINGBUFF_ERR; 
  11.   } 
  12.   *rData = ringBuff.Ring_data[ringBuff.Head];//先进先出FIFO,从缓冲区头出 
  13.   ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问 
  14.   ringBuff.Lenght--; 
  15.   return RINGBUFF_OK; 

读取的话也很简单,同样是读取一个字节,大家可以自行修改为读取多个字节。

04验证

光说不练假把式,下面我们就来验证上面的代码可行性。

串口中断函数中缓冲数据

  1. void USART1_IRQHandler(void) 
  2.   if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_RXNE)) 
  3.   { 
  4.     Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1)); 
  5.     USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_RXNE); 
  6.   } 

在主循环中,读取缓冲区的数据,然后发送出去,因为是简单的demo,添加了延时模拟CPU处理其他任务。

  1. while (1) 
  2.   { 
  3.     if(Read_RingBuff(&data))            //从环形缓冲区中读取数据 
  4.     { 
  5.       USART_SendData(USART1, data); 
  6.     } 
  7.     SysCtlDelay(1*(SystemCoreClock/3000)); 
  8.   } 

验证,间隔100ms发送数据。

结果显示没有出现丢包问题。如果你的应用场景串口通信速率快,数据量大或处理速度慢导致丢包,建议增大RINGBUFF_LEN的宏定义,增大缓冲区间即可。

本文转载自微信公众号「 知晓编程」,可以通过以下二维码关注。转载本文请联系 知晓编程公众号。

【编辑推荐】

【责任编辑:姜华 TEL:(010)68476606】


发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

  • 友情链接