例子 | 环形队列来实现串口数据接收

前言

对于从事编程工作的人来说，应该都学过数据结构，并且对队列这个概念有一定的了解。而环形队列是队列的一种特殊形式，它在实际应用中非常广泛。由于关于环形队列的内容已经有很多文章讨论，理论知识可以参考其他人的文章。这里我推荐一篇非常好的文章，名为《STM32进阶之串口环形缓冲区实现》，它详细介绍了如何使用STM32微控制器实现串口的环形缓冲区。

代码实现

• 环形队列数据结构

typedef struct ringBuff{
    unsigned int in;               //写入的位置
    unsigned int out;              //读出的位置
    unsigned char buffer[RING_BUFF_SIZE];     //数据域
}stRingBuff;

• 写一字节数据到队列

/**
 - @brief:         寫一字節的數據到環形隊列
 - @param[in]:     None
 - @retval[out]:   None
 - @note:            
 - @author:       AresXu
 - @version:      v1.0.0
*/
char WriteOneByteToRingBuffer(stRingBuff *ringBuf,char data)
{
 if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }
    
    if(IsRingBufferFull(ringBuf))   //写之前先判断队列是否写满
    {
        return FALSE;
    }

    ringBuf->buffer[ringBuf->in] = data;
    ringBuf->in = (++ringBuf->in) % RING_BUFF_SIZE;    //防止越界
 return TRUE;
}

写入数据时要判断队列是否满，满了肯定就不能写入。

• 判断队列是否写满

/**
 - @brief:         判斷環形隊列是否满
 - @param[in]:     None
 - @retval[out]:   None
 - @note:            
 - @author:       AresXu
 - @version:      v1.0.0
*/
bool IsRingBufferFull(stRingBuff *ringBuf)
{
  if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }
    
    if(((ringBuf->in+1) % RING_BUFF_SIZE) == ringBuf->out)
    {
//  printf("Ring buffer is Full\r\n");
        return TRUE;
    }
    return FALSE;
}

当写满时，读写位置也是相等，无法判断是否写满。这种情况有两种办法解决：

数据结构增加一个变量来计数写入数据的个数

像这种((ringBuf->in+1) % RING_BUFF_SIZE) == ringBuf->out，空出一个字节来不写数据

• 读一字节的数据

/**
 - @brief:         从環形隊列中读一字节数据
 - @param[in]:     None
 - @retval[out]:   None
 - @note:            
 - @author:       AresXu
 - @version:      v1.0.0
*/
char ReadOneByteFromRingBuffer(stRingBuff *ringBuf,char *data)
{
 if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }
    
    if(IsRingBufferEmpty(ringBuf))    //读之前判断队列是否为空
    {
        return FALSE;
    }

    *data = ringBuf->buffer[ringBuf->out];
    ringBuf->out = (++ringBuf->out) % RING_BUFF_SIZE;    //防止越界

    return TRUE;
} 

• 判断队列是否为空 写入位置和读出位置相等时为空

/**
 - @brief:        判斷環形隊列是否空
 - @param[in]:     None
 - @retval[out]:   None
 - @author:       AresXu
 - @version:      v1.0.0
*/
bool IsRingBufferEmpty(stRingBuff *ringBuf)
{ 
 if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }
    
    if(ringBuf->in == ringBuf->out)   //写入位置和读出位置相等时为空
    {
//  printf("Ring buffer is Empty\r\n");
        return TRUE;
    }
    return FALSE;
}

• 写多个字节到队列

/**
 * @brief:         寫len個字節數據到環形隊列
 * @param[in]:     None
 * @retval[out]:   None
 * @note:            
 * @author:        AresXu
 * @version:       v1.0.0
*/
void WriteRingBuffer(stRingBuff *ringBuf,char *writeBuf,unsigned int len)
{
    unsigned int i;
 
 if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }
    
    for(i = 0; i 

• 从队列中读出多个字节

/**
 * @brief:         從環形隊列讀出len個字節的數據
 * @param[in]:     None
 * @retval[out]:   None
 * @note:            
 * @author:       AresXu
 * @version:      v1.0.0
*/
void ReadRingBuffer(stRingBuff *ringBuf,char *readBuf,unsigned int len)
{
    unsigned int i;
    
 if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }
    
    for(i = 0; i 

• 获取已经写入队列的数据长度 有这个方便知道接收完了要从队列中读出多少个数据。

/**
  * @brief:         獲取已經寫入的長度
  * @param[in]:     None
  * @retval[out]:   None
  * @note:            
  * @author:        AresXu
  * @version:       v1.0.0
*/
int GetRingBufferLength(stRingBuff *ringBuf)
{
    if (ringBuf == NULL)
    {
        printf("pointer is null\r\n");
        return;
    }

    return (ringBuf->in - ringBuf->out + RING_BUFF_SIZE) % RING_BUFF_SIZE;
}

画个图，画画就可以知道为什么这样可以判断写入的长度。

到STM32上测试

• 串口接收部分：

static stRingBuff g_stRingBuffer = {0,0,0};
static u8 g_recvFinshFlag = 0;

stRingBuff *GetRingBufferStruct(void)
{
 return &g_stRingBuffer;
}

u8 *IsUsart1RecvFinsh(void)
{
 return &g_recvFinshFlag;
}

void USART1_IRQHandler(void)                 //串口1中断服务程序
{
 u8 res;

 if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
 {
  res = USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据
  WriteOneByteToRingBuffer(GetRingBufferStruct(),res); 
    }
 if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)        //空闲中断
 {
  USART_ReceiveData(USART1);           //清除空闲中断
  g_recvFinshFlag = 1;                  //接收完成
 }
} 

• 主函数：

int main(void)
{  
 char readBuffer[100];
 u16 t;  
 u16 len; 
 u16 times = 0;
 delay_init();       //延时函数初始化   
 NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
 uart_init(115200);  //串口初始化为115200
 LED_Init();        //LED端口初始化
 KEY_Init();          //初始化与按键连接的硬件接口
 
 while(1)
 {
  times++;
  if(*IsUsart1RecvFinsh())
  {
   ReadRingBuffer(GetRingBufferStruct(),readBuffer,GetRingBufferLength(GetRingBufferStruct()));
   printf("%s",readBuffer);
   memset(readBuffer,0,100);
   *IsUsart1RecvFinsh() = 0;
  }
  if(times%500==0)
   LED0=!LED0;
  delay_ms(1);   
 }  
}

• 串口收发测试

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