STM32进阶之串口环形缓冲区实现

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 楼主 | 2018-6-4 08:36 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 08:47 编辑

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:First In First Out

类似售票排队窗口,先到的人肯定能先买到票,然后先走,后来的人只能后买到票

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 楼主 | 2018-6-4 08:39 | 显示全部楼层
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 08:42 编辑

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。




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 楼主 | 2018-6-4 08:45 | 显示全部楼层
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,你可以理解为这就是一个数组,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。
 楼主 | 2018-6-4 08:49 | 显示全部楼层
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,那就跟着杰杰来一步步用代码实现吧!!!

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 楼主 | 2018-6-4 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 09:01 编辑

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区的,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。
将接收的数据缓冲一下,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:
 楼主 | 2018-6-4 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 09:32 编辑

代码的实现
①定义一个结构体:

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。



初始化效果如下:





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 楼主 | 2018-6-4 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 09:30 编辑

写入环形缓冲区的代码实现:

读取缓冲区的数据的代码实现:

判断缓冲区存储单元长度的内部调用代码实现(预留)
  

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 楼主 | 2018-6-4 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 09:38 编辑



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代码实现:

测试main函数代码实现:

测试结果:
测试数据没有发生丢包现象





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 楼主 | 2018-6-4 08:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-4 09:43 编辑

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代码。
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。


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
源码在隐藏文件中



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| 2018-6-4 08:52 | 显示全部楼层
支持下,等待更新。

评论

caijie001 2018-6-4 09:42 回复TA
已经更新完毕,谢谢支持 
 楼主 | 2018-6-4 09:01 | 显示全部楼层
xyz549040622 发表于 2018-6-4 08:52
支持下,等待更新。

谢谢支持,已经在持续更新中,估计半小时后更新完毕
| 2018-6-4 09:14 | 显示全部楼层
Mmmmmmm
| 2018-6-4 10:18 | 显示全部楼层
如果您要查看本帖隐藏内容请回复
| 2018-6-4 11:00 | 显示全部楼层
回复
| 2018-6-4 11:03 | 显示全部楼层
恩,之前用过,我们总工给我的代码,觉的还是很好用的
 楼主 | 2018-6-4 11:10 | 显示全部楼层
cooldog123pp 发表于 2018-6-4 11:03
恩,之前用过,我们总工给我的代码,觉的还是很好用的

是啊,其实很多东西都是很好用的
 楼主 | 2018-6-4 11:11 | 显示全部楼层
cooldog123pp 发表于 2018-6-4 11:03
恩,之前用过,我们总工给我的代码,觉的还是很好用的

数据结构是个好东西,我还得学
| 2018-6-4 11:32 | 显示全部楼层
学习学习!
| 2018-6-4 12:47 | 显示全部楼层
感谢 分享            
| 2018-6-4 14:05 | 显示全部楼层
学习下
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