STM32使用FIFO实现USART串口发送中断

fifo就不要造轮子了，用现成的就行了。linux内核中有目前人类写出的基于c语言的最强FIFO，请自行搜索学习《巧夺天工的kfifo》，kfifo精妙无比，实在是高，其中用到的环回特性，不仅可以用在FIFO中，我还想到了另一个用途，参加另一篇博文《整数的环回特性》。



直接把最常用的几个函数拷贝到STM32工程文件里，顺便把kfifo结构体中的自旋锁成员给屏蔽掉，这玩意只在多核才有用，在单核的32上没有作用，直接注释掉就行。然后把源码中自旋上锁、自旋解锁分别改成STM32的开中断、关中断（或者改成进入临界段、退出临界段，参考我的另一篇博文：《STM32使用中断屏蔽寄存器BASEPRI保护临界段+中断分组+抢占/响应优先级概念》），用以保护FIFO的读写索引。还要一个至关重要的min宏需要移植，此宏很有讲究，请一定要参考我的另一篇博文进行min宏的移植《求最小值的宏：#define min(x,y) x > y? y: x 中的陷阱》，否则在fifo写索引溢出时会触发bug。

typedef struct kfifo {
    uint8_t *buffer;     /* the buffer holding the data */
    uint16_t size;         /* the size of the allocated buffer */
    uint16_t in;           /* data is added at offset (in % size) */
    uint16_t out;          /* data is extracted from off. (out % size) */
    //spinlock_t *lock;          /* protects concurrent modifications 自旋锁*/
}gfifo_t;

uint16_t __kfifo_put(struct kfifo *fifo,
            const uint8_t *buffer, uint16_t len);
uint16_t __kfifo_get(struct kfifo *fifo,
             uint8_t *buffer, uint16_t len);

要理解STM32的USART发送中断，首先要了解两个概念：发送数据寄存器DR、移位寄存器，我们发送数据时就是把数据写入DR就不管了，硬件一旦发现DR中有数据，就会自动把DR中的数据放到移位寄存器中，然后硬件逻辑才一位一位地把数据发出去。也就是说：DR空并不意味着发送已完成，移位寄存器空才是真正的发送完成。

STM32的USART发送中断有两个：

（1）“发送完成TC”中断，意思是移位寄存器已发送完成
（2）"数据寄存器空TXE"中断，要注意这个中断！一上电数据寄存器DR中是没有数据的，所以，一旦开启TXE中断（当然，开全局中断也得是开着的），就会立即进入中断服务函数。这就指示我们：不要在初始化中开启TXE中断，而是要在打算发数据时才开。

以下是F103C8T6的USART1初始化
//串口1初始化
void USART1_Init(u32 bound)
{
        //GPIO端口设置
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
        NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);        //使能USART1，GPIOA时钟

        //USART1_TX   GPIOA.9
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
        GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;        //复用推挽输出
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9

        //USART1_RX          GPIOA.10初始化
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
        GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  

        //Usart1 NVIC 配置
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//指出中断通道为UASRT1
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;                //子优先级3
        NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;                        //IRQ通道使能
        NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);        //根据指定的参数初始化VIC寄存器

        //USART 初始化设置
        USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
        USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
        USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
        USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
        USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
        USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;        //收发模式

        USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接收寄存器非空中断
        //USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);//开启串口发送完成中断（移位寄存器发送完成）
        //USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启串口发送寄存器空中断（只要DR空就中断，实际上，这句话会导致立马中断，因为此时DR确实是空的，所以一般只在发送时才enable它，而不会在初始化时就enable它）
       
        USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1

}

使用FIFO进行中断式发送的步骤如下：

①把想发的n个字节数据填入FIFO
②开启TXE中断

/*
通过中断发送数据
返回：1成功，0失败
*/
int16_t uart1_send_by_int(const uint8_t *data, uint16_t len)
{
        if(get_fifo_unused_size(&uart1TxFifo) >= len)//只有空闲区>len，才执行发送程序
        {
                gfifo_put(&uart1TxFifo, data, len);
        }
        else
        {
                rtt_printf("uart1 SendFifo has no space\r\n");//程序走到这里，意味着FIFO缓冲不足，会出现发送丢失
                return 0;
        }
       
        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);
       
        return 1;
}

执行完上述发送函数后，硬件发现DR寄存器中没有数据，会立即进入TXE中断，接下来我们写TXE中断的服务函数：

复制

//串口1的所有中断服务

void USART1_IRQHandler(void)                        //串口1中断服务程序

{

        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) != RESET)  //数据寄存器DR空中断TXE

        {

                if(get_fifo_used_size(&uart1TxFifo) > 0)//main调用链中操作uart1TxFifo的地方必须禁掉本中断（或全局中断）

                {

                        uint8_t sendCh;

                        //从FIFO中取出一个字节并发送，这个字节一旦被从DR移入移位寄存器，就会再次进入本中断

            gfifo_get(&uart1TxFifo, &sendCh, 1);

                        USART1->DR = sendCh;

                }

                else

                {

                        USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, DISABLE);//FIFO中的所有数据都已发完，关中断

                }

        }        

}

FIFO就是先进先出设计理念的控制策略

先进先出是队列吗

接收溢出中断（USART_IT_ORE）的使能是在USART_IT_RXNE使能的同时有效的。这意味着当你使能了接收溢出中断时，也需要使能接收中断，以便在处理接收溢出中断之前能够接收到所有的数据

在FIFO发送过程中，应确保FIFO不会发生溢出。如果FIFO缓冲区大小较小，可以采用FIFO空和满中断来避免溢出。

在FIFO发送过程中，可能会遇到FIFO满、发送错误等异常情况。需要编写异常处理函数，在中断处理过程中对异常情况进行处理，以确保系统的正常运行。

在使用USART模块的发送中断功能之前，需要先使能发送中断。可以通过设置USART_CR1寄存器的TXEIE位来使能发送中断。

中断服务程序的执行时间不能过长，否则可能会导致其他中断无法及时处理，从而影响系统的实时性能

需要正确配置FIFO的相关参数，如FIFO的深度、数据读取指针、数据写入指针等。在配置FIFO时，需要注意FIFO的深度不能过大，否则可能会导致系统卡顿或性能下降。此外，还需要合理设置数据读取指针和数据写入指针，以保证数据的有序传输。

配置USART的中断优先级，确保发送中断能够及时响应。

需要根据USART的发送速率和数据包大小等参数配置FIFO的大小和深度，以确保发送数据不会丢失。

使用FIFO实现USART串口发送中断是一种有效的方法，可以提高发送数据的速度和稳定性。

根据实际应用场景和系统性能要求，选择合适的FIFO缓冲区大小。缓冲区过小可能导致数据丢失或发送中断频繁触发，缓冲区过大则会占用过多的内存资源。

根据具体需求设置合适的中断触发条件，如FIFO缓冲区满、FIFO缓冲区数据量超过某个阈值等。

硬件FIFO通常比软件FIFO更快，但成本更高。

实现FIFO发送中断时，需要注意程序的流程和逻辑，以保证系统的稳定和可靠性