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[经验\资料分享] STM32进阶之串口环形缓冲区实现

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发表于 2018-6-8 11:35:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。

如果你懂了环形队列,那就跟着歌曲来一步步用代码实现吧:
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:

①定义一个结构体:
[C] 纯文本查看 复制代码
1typedef struct
2{
3    u16 Head;           
4    u16 Tail;
5    u16 Lenght;
6    u8 Ring_Buff[RINGBUFF_LEN];
7}RingBuff_t;
8RingBuff_t ringBuff;//创建一个ringBuff的缓冲区

②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。
[C] 纯文本查看 复制代码
1/**
2* @brief  RingBuff_Init
3* @param  void
4* @return void
5* @author 杰杰
6* @date   2018
7* @version v1.0
8* @note   初始化环形缓冲区
9*/
10void RingBuff_Init(void)
11{
12   //初始化相关信息
13   ringBuff.Head = 0;
14   ringBuff.Tail = 0;
15   ringBuff.Lenght = 0;
16}

初始化效果如下:


写入环形缓冲区的代码实现:
游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复



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:
[C] 纯文本查看 复制代码
1/**
2* @brief  Write_RingBuff
3* @param  u8 data
4* @return FLASE:环形缓冲区已满,写入失败;TRUE:写入成功
5* @author 杰杰
6* @date   2018
7* @version v1.0
8* @note   往环形缓冲区写入u8类型的数据
9*/
10u8 Write_RingBuff(u8 data)
11{
12   if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判断缓冲区是否已满
13    {
14      return FLASE;
15    }
16    ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Tail]=data;
17//    ringBuff.Tail++;
18    ringBuff.Tail = (ringBuff.Tail+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问
19    ringBuff.Lenght++;
20    return TRUE;
21}

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。
[C] 纯文本查看 复制代码
1/**
2* @brief  Read_RingBuff
3* @param  u8 *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* @author 杰杰
6* @date   2018
7* @version v1.0
8* @note   从环形缓冲区读取一个u8类型的数据
9*/
10u8 Read_RingBuff(u8 *rData)
11{
12   if(ringBuff.Lenght == 0)//判断非空
13    {
14       return FLASE;
15    }
16   *rData = ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Head];//先进先出FIFO,从缓冲区头出
17//   ringBuff.Head++;
18   ringBuff.Head = (ringBuff.Head+1)%RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问
19   ringBuff.Lenght--;
20   return TRUE;
[color=#d36363]21[/color]}


欢迎关注杰杰个人微信关注: gzh.jpg

    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
小编:CK












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发表于 2018-6-8 11:36:18 | 显示全部楼层
cool                  
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 楼主| 发表于 2018-6-8 11:39:33 | 显示全部楼层

我还没处理好格式你就来评论了,,火哥那么快的吗
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发表于 2018-6-8 13:07:40 | 显示全部楼层
不错,以前也用过
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发表于 2018-6-8 13:58:54 | 显示全部楼层
1                           
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发表于 2018-6-8 16:26:47 | 显示全部楼层
能上传下代码么
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发表于 2018-6-8 16:45:47 | 显示全部楼层
写的 很好 准备开始用
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 楼主| 发表于 2018-6-8 17:40:28 | 显示全部楼层
zhouxb 发表于 2018-6-8 16:26
能上传下代码么

核心代码就在这啊,没啥东西啊,,,
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发表于 2018-6-8 20:19:42 | 显示全部楼层
仔细研读。
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发表于 2018-6-9 20:51:56 | 显示全部楼层
学习学习
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发表于 2018-6-10 13:35:32 | 显示全部楼层
Thank you!Thank you!Thank you!
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发表于 2018-6-11 16:02:21 | 显示全部楼层
学习一下,谢谢楼主的分享
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发表于 2018-6-13 17:23:47 | 显示全部楼层
写的不错3333
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发表于 2018-6-13 17:34:54 | 显示全部楼层
当年第一次读火哥OV5640代码时候,那个老王写的环形缓冲区计算可把我给算累死了。 读了好久才明白运行框架。
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 楼主| 发表于 2018-6-13 18:59:03 | 显示全部楼层
jiangcheng88 发表于 2018-6-13 17:34
当年第一次读火哥OV5640代码时候,那个老王写的环形缓冲区计算可把我给算累死了。 读了好久才明白运行框架 ...

是吗,,,哈哈哈
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发表于 2018-6-13 21:22:22 | 显示全部楼层
学习一下!
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发表于 2018-6-14 12:00:04 | 显示全部楼层
six  six  six     
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发表于 2018-6-14 13:58:39 | 显示全部楼层
恢复看看代码
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发表于 2018-6-14 14:43:35 | 显示全部楼层
写的不错哦,通俗易懂
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发表于 2018-6-14 16:57:28 | 显示全部楼层
学习一下,如果是数组的话,边界怎么处理
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 楼主| 发表于 2018-6-14 18:06:07 | 显示全部楼层
天下玄黄 发表于 2018-6-14 16:57
学习一下,如果是数组的话,边界怎么处理

这个也是数组啊。。。。。认真看,
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 楼主| 发表于 2018-6-14 18:06:29 | 显示全部楼层
krguang 发表于 2018-6-14 14:43
写的不错哦,通俗易懂

谢谢支持
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发表于 2018-6-14 21:08:31 | 显示全部楼层
cool,学习一下
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发表于 2018-6-14 21:27:57 | 显示全部楼层
学习一下。。。。。
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发表于 2018-6-15 16:15:23 | 显示全部楼层
潜心来学习的
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发表于 2018-6-15 21:07:50 | 显示全部楼层
总结的太棒了!
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发表于 2018-6-17 20:29:28 | 显示全部楼层
一直关注这方面内容,想学习一下。
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发表于 2018-6-17 23:34:15 | 显示全部楼层
不错好好学习一下
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发表于 2018-6-19 15:43:12 | 显示全部楼层
谢谢楼主,分享无私
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发表于 2018-6-19 15:54:17 | 显示全部楼层
谢谢分享,学习一下。
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发表于 2018-6-20 09:51:02 | 显示全部楼层
来学习学习
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发表于 2018-6-20 10:49:42 | 显示全部楼层
大啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊
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发表于 2018-6-22 01:34:49 | 显示全部楼层
不错,学习一下
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发表于 2018-6-22 01:36:53 | 显示全部楼层
学习一下
不错的帖子
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发表于 2018-6-22 10:20:06 | 显示全部楼层
学习下环形缓冲区的代码实现
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发表于 2018-6-22 13:45:09 | 显示全部楼层
学习学习!!!!
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发表于 2018-6-23 10:10:03 | 显示全部楼层
学习  很厉害
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发表于 2018-6-25 12:17:51 | 显示全部楼层
支持一下
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发表于 2018-6-26 13:37:00 | 显示全部楼层

没有了解过,看看学习学习
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发表于 2018-6-27 16:30:24 | 显示全部楼层
不错不错
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发表于 2018-6-27 20:46:56 | 显示全部楼层
谢谢分享 好东西啊
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发表于 2018-7-1 08:43:30 | 显示全部楼层
谢谢分享,不错!
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发表于 2018-7-4 10:51:38 | 显示全部楼层
简单易懂,不错
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发表于 2018-7-4 16:53:59 | 显示全部楼层
STM32进阶之串口环形缓冲区实现
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发表于 2018-7-5 12:25:57 | 显示全部楼层
写的非常好 6666
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发表于 2018-7-9 20:05:45 | 显示全部楼层
感谢分享。。。。
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发表于 2018-7-12 21:43:34 | 显示全部楼层
谢谢分享,正好看看
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发表于 2018-7-12 23:26:51 | 显示全部楼层
支持~支持~支持~
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发表于 2018-7-13 16:57:32 | 显示全部楼层
好东西,非常感谢!!!
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发表于 2018-7-13 20:59:18 | 显示全部楼层
看看,学习参考下
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