嵌入式串口通訊處理機(jī)制(附FIFO源碼)，大家可以下載作為參考

      在嵌入式串口通訊中，串口通訊應(yīng)用幾乎是必須的，非常常用，做好串口的數(shù)據(jù)處理是非常關(guān)鍵的一步，這里再分享一下如何在裸機(jī)中對(duì)串口數(shù)據(jù)的有效處理，

比如一包數(shù)據(jù)0xaa,0x55,0xXX,0xXX,0x0a,0x0d，簡單介紹串口處理的方法

一.直接在接受中斷中判斷數(shù)據(jù)

先定義一個(gè)uint8_t Buff和一個(gè)uint8_t Table[10];

在接收中斷函數(shù)里用HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, &Buff, 1)這個(gè)函數(shù)，每次在中斷里面都判斷Buff是不是0xaa，如果是則將數(shù)據(jù)存入到Table[0]中且繼續(xù)接收下面的數(shù)據(jù)，都存入到Table的數(shù)組中，如果不是則繼續(xù)進(jìn)行判斷。然后對(duì)Table進(jìn)行判斷，首先判斷Table[0]和Table[1]分別為0xaa,0x55后，在進(jìn)行判斷Table[4]和Table[5]分別為0x0a,0x0d。在進(jìn)行判斷校驗(yàn)是否正確，正確后取出Table[2]的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這種方法在數(shù)據(jù)傳輸慢的情況下，比較簡單方便，還可以，但是在數(shù)據(jù)快的時(shí)候，非常容易造成數(shù)據(jù)的丟失，還有就是要是第一次數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤，回不到初始化狀態(tài)，必須復(fù)位操作

二.FIFO方式 超時(shí)接受

接收中斷函數(shù)里用HAL_UART_Receive_IT(&UART1_Handler, &Buff, 1)這個(gè)函數(shù)接收數(shù)據(jù)的時(shí)候不要做數(shù)據(jù)處理，而是忠實(shí)地接收原始字節(jié)流，只管接受入列，就是接受完數(shù)據(jù)0xaa,0x55,0xXX,0xXX,0x0a,0x0d后，超時(shí)時(shí)間RxTimeOut3到以后再對(duì)數(shù)據(jù)處理

/* 數(shù)據(jù)入隊(duì) */chfifo_in(&RxFifo, &Buff);

/* 清零超時(shí) */RxTimeOut3 = 0;

三.DMA+空閑中斷

就是接收到一幀數(shù)據(jù)0xaa,0x55,0xXX,0xXX,0x0a,0x0d后才觸發(fā)中斷接受，處理數(shù)據(jù)非常高效。

下邊具體介紹串口環(huán)形隊(duì)列 FIFO方式

環(huán)形緩沖區(qū)（FIFO）就是一個(gè)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(dòng)“頭指針”和“尾指針”就可以實(shí)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(huì)影響“頭指針”，而串口接收數(shù)據(jù)僅僅會(huì)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(shí)將“尾指針”加1，以保存下一個(gè)數(shù)據(jù)；應(yīng)用程序在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，“頭指針”加1，以讀取下一個(gè)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。如下圖所示。

當(dāng)然，環(huán)形緩沖區(qū)的“頭指針”和“尾指針”可以用“頭變量”和“尾變量”來代替，因?yàn)榍袚Q數(shù)組的元素空間，除了可以用“指針偏移法”之外，還可以用“素組下標(biāo)偏移法”。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(shí)將“尾變量”加一，以保存下一個(gè)數(shù)據(jù)；應(yīng)用程序在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，“頭變量”加一，以讀取下一個(gè)數(shù)據(jù)。

“環(huán)形緩沖區(qū)”數(shù)據(jù)接收處理機(jī)制的好處在于：利用了隊(duì)列的特點(diǎn)，一頭進(jìn)，一頭出，互不影響，在數(shù)據(jù)進(jìn)去（往里存）的時(shí)候，另一邊也可以把數(shù)據(jù)讀出來，而讀出來的數(shù)據(jù)，留下的空位，又可以增加多的存儲(chǔ)空間，從而避免一邊接收數(shù)據(jù)且一邊處理數(shù)據(jù)會(huì)在數(shù)據(jù)量密集的時(shí)候而導(dǎo)致的丟掉數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突的問題。

  如果僅有一個(gè)線程讀取環(huán)形緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，只有一個(gè)串口往環(huán)形緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)，則不需要添加互斥保護(hù)機(jī)制就可以保證數(shù)據(jù)的正確性。

  需要注意的是，如果串口每接收x個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)才處理一次，則環(huán)形緩沖區(qū)的緩沖數(shù)組的大小必須是x的N倍，具體N為多少，需要結(jié)合具體的數(shù)據(jù)接收速率以及處理速率，適當(dāng)調(diào)節(jié)。這就好比喻，水壺永遠(yuǎn)大于水杯，這樣子水壺才能存放很多杯水。

如果覺得前文隱晦難懂，那么下面我們來一起討論一下環(huán)形隊(duì)列的具體狀態(tài)以及實(shí)現(xiàn)。下文構(gòu)建的環(huán)形隊(duì)列采用的是“頭變量”“尾變量”來控制隊(duì)列的存儲(chǔ)和讀取。

首先，我們會(huì)構(gòu)造一個(gè)結(jié)構(gòu)體，并定義一個(gè)結(jié)構(gòu)變量。

#define MAX_SIZE  12               //緩沖區(qū)大小

typedef struct 

{

  unsigned char head;        //緩沖區(qū)頭部位置

  unsigned char tail;         //緩沖區(qū)尾部位置

  unsigned char ringBuf[MAX_SIZE]; //緩沖區(qū)數(shù)組

} ringBuffer_t;

ringBuffer_t buffer;                 //定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)頭體則表示新的消息隊(duì)列已經(jīng)創(chuàng)建完成。新建創(chuàng)建的隊(duì)列，頭指針head和尾指針tail都是指向數(shù)組的元素0。如下圖所示，此時(shí)的消息隊(duì)列是“空隊(duì)列”。

當(dāng)如果l加入隊(duì)列，則緩沖隊(duì)列處于滿載狀態(tài)，如下圖所示：如果此時(shí)，接收到新的數(shù)據(jù)并需要保存，則tail需要?dú)w零，將接收到的數(shù)據(jù)存到數(shù)組的第一個(gè)元素空間，如果尚未讀取緩沖數(shù)組的一個(gè)元素空間的數(shù)據(jù)，則此數(shù)據(jù)會(huì)被新接收的數(shù)據(jù)覆蓋。同時(shí)head需要增加1，修改頭節(jié)點(diǎn)偏移位置丟棄早期數(shù)據(jù)。

當(dāng)消息隊(duì)列中的所有數(shù)據(jù)都讀取出來后，此時(shí)環(huán)形隊(duì)列是空的，狀態(tài)如下圖所示。從圖可以總結(jié)得知，如果tail和head相等，則表示緩沖隊(duì)列是空的。

1.3.1 ringBuffer.c

1. 構(gòu)造環(huán)形緩沖區(qū)

/**********************************************************************************************
描述   :      環(huán)形緩沖讀寫
作者   :      Jahol Fan
版本   :      V1.0
修改   :      
完成日期： 
Notice    :本程序只供學(xué)習(xí)使用，未經(jīng)作者許可，不得用于其它任何用途。版權(quán)所有，盜版必究
***********************************************************************************************/
#include "ringbuffer.h"

#define BUFFER_MAX  36               //緩沖區(qū)大小

typedef struct 
{
  unsigned char headPosition;        //緩沖區(qū)頭部位置
  unsigned char tailPositon;         //緩沖區(qū)尾部位置
  unsigned char ringBuf[BUFFER_MAX]; //緩沖區(qū)數(shù)組
} ringBuffer_t;

ringBuffer_t buffer; //定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體

首先，需要構(gòu)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體ringBuffer_t，如果定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量buffer，則意味著創(chuàng)建一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)。

2. 往環(huán)形緩沖區(qū)存數(shù)據(jù)

/**
* @brief 寫一個(gè)字節(jié)到環(huán)形緩沖區(qū)
* @param data：待寫入的數(shù)據(jù)
* @return none
*/
void RingBuf_Write(unsigned char data)
{
  buffer.ringBuf[buffer.tailPositon]=data;     //從尾部追加
  if(++buffer.tailPositon>=BUFFER_MAX)         //尾節(jié)點(diǎn)偏移
    buffer.tailPositon=0;                      //大于數(shù)組最大長度 歸零 形成環(huán)形隊(duì)列
  if(buffer.tailPositon == buffer.headPosition)//如果尾部節(jié)點(diǎn)追到頭部節(jié)點(diǎn)，則修改頭節(jié)點(diǎn)偏移位置丟棄早期數(shù)據(jù)
    if(++buffer.headPosition>=BUFFER_MAX)
      buffer.headPosition=0;
}

/**
* @brief 讀取環(huán)形緩沖區(qū)的一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)
* @param *pData:指針，用于保存讀取到的數(shù)據(jù)
* @return 1表示緩沖區(qū)是空的，0表示讀取數(shù)據(jù)成功
*/
u8 RingBuf_Read(unsigned char* pData)
{
  if(buffer.headPosition == buffer.tailPositon)    //如果頭尾接觸表示緩沖區(qū)為空
    {
            return 1;   //返回1，環(huán)形緩沖區(qū)是空的
    }
  else
  {
    *pData=buffer.ringBuf[buffer.headPosition];    //如果緩沖區(qū)非空則取頭節(jié)點(diǎn)值并偏移頭節(jié)點(diǎn)
    if(++buffer.headPosition>=BUFFER_MAX)
      buffer.headPosition=0;
    return 0;     //返回0，表示讀取數(shù)據(jù)成功
  }
}

/**
* @brief 串口1中斷函數(shù)
* @param none
* @return none
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
  if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //判斷接收標(biāo)志位是否為1
  {         
        USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE);       //清楚標(biāo)志位
        RingBuf_Write(USART_ReceiveData(USART1));
        //阻塞等待直到傳輸完成
        while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
    
    }
}

主函數(shù)就是解析數(shù)據(jù)

if(0 == RingBuf_Read(&data))//從環(huán)形緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)   

{         

            user code   //讀取接收到的數(shù)據(jù)并回發(fā)數(shù)據(jù)        

}