基于STM32的串口数据环形缓冲队列

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最近进行STM32开发，在处理大规模串口数据的时候，由于数据处理速度不够及时而出现掉包的问题，为此通过以下方案成功解决。

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BTW：在串口循环发送一组数据的时候，应该在发送第一个字节之前也加上判断缓冲区是否为空。
正确形式如下：

//这个函数会循环执行
void stop(void){
	//发送10给上位机，使其进入数据解调
	float_data.d = 10 * 10000;
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
	USART_SendData(USART1,0xff);//发送开始帧标志位
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
	USART_SendData(USART1,float_data.s[3]);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
	USART_SendData(USART1,float_data.s[2]);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
	USART_SendData(USART1,float_data.s[1]);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
	USART_SendData(USART1,float_data.s[0]);
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
	USART_SendData(USART1,0x0e);//发送结束标志位
	while(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_TC)==RESET);
}

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参考博客：基于stm32串口环形缓冲队列处理机制—入门级（单字节）

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1. 环形缓冲队列

STM32串口在接收数据的时候，数据的处理速度小于数据接收的速度，造成数据丢包现象。
为此，引进串口环形缓冲区对未来得及处理的数据进行缓存，待系统空闲的时候进行处理。
环形缓冲区就是一个带“头指针”和“尾指针”的数组。头指针指向环形缓冲区中可读的数据，尾指针指向环形缓冲区中可写的缓冲空间。
缓冲区建立过程：
当串口接收到新的数组，则将数组保存到环形缓冲区中，同时将“尾指针”加1，以保存下一个数据；应用程序在读取数据时，“头指针”加1，以读取下一个数据。当“尾指针”超过数组大小，则“尾指针”重新指向数组的首元素，从而形成“环形缓冲区”！，有效数据区域在“头指针”和“尾指针”之间。

缓冲区构造：

#define MAX_SIZE  12//缓冲区大小

typedef struct 

{

  unsigned char head;        //缓冲区头部位置

  unsigned char tail;         //缓冲区尾部位置

  unsigned int ringBuf[MAX_SIZE]; //缓冲区数组

} ringBuffer_t;

ringBuffer_t buffer = {0,0,{0}};                 //定义一个结构体，并初始化

① 空队列：头指针head和尾指针tail都是指向数组的元素0

② 缓冲区满

当如果l加入队列，则缓冲队列处于满载状态，如图所示。
如果此时，接收到新的数据并需要保存，则tail需要归零，将接收到的数据存到数组的第一个元素空间，如果尚未读取缓冲数组的一个元素空间的数据，则此数据会被新接收的数据覆盖。同时head需要增加1，修改头节点偏移位置丢弃早期数据。

③ 缓冲区为空： tail和head相等

2. 环形缓冲队列的实现

ringbuffer.h

#ifndef _RINGBUFFER_H
#define _RINGBUFFER_H

#define BUFFER_MAX 6000//定义缓冲区大小

typedef struct{
	unsigned int headPosition;//缓冲区头部位置
	unsigned int tailPosition;
	float ringBuf[BUFFER_MAX];//缓冲区数组
	
}ringBuffer_t;

void RingBuf_Write(float data);//向缓冲区写入一个字节
unsigned char RingBuf_Read(float* pData);//读取缓冲区一个字节的数据
unsigned char VoltageSend(void);
void stop(void);
#endif

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ringbuffer.c:

#include "ringbuffer.h"

ringBuffer_t buffer = {0,0,{0}};

void RingBuf_Write(float data){//向缓冲区写入一个字节
	buffer.ringBuf[buffer.tailPosition] = data;//从尾部追加
//	printf("writeok\r\n");
	if(++buffer.tailPosition >= BUFFER_MAX)//尾节点偏移
		buffer.tailPosition = 0;//大于数组，最大长度归零，形成环形数组
	//如果尾部节点追到头部节点，则修改头节点偏移位置丢弃早期数据
	if(buffer.tailPosition == buffer.headPosition)
		if(++buffer.headPosition >= BUFFER_MAX)
			buffer.headPosition=0;
}


unsigned char RingBuf_Read(float* pData){//读取缓冲区一个字节的数据
	if(buffer.headPosition == buffer.tailPosition){//头尾相接表示缓冲区数据为空
		return 0;//读取失败返回0
	}
	else{
		*pData = buffer.ringBuf[buffer.headPosition];//如果缓冲区非空则取头结点值并偏移头结点
		if(++buffer.headPosition>=BUFFER_MAX)
			buffer.headPosition = 0;
		return 1;//读取成功返回1
	}
}

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main.c：关注核心代码即可

int main()
{
	unsigned int totalSend = 0;
	unsigned int datacount = 0;
	SysTick_Init();
	LED_Config();
	USART1_Config();
	NVIC_Config();
	ADC1_Config();
	DMA1Config();
	PWM_Config();
//	printf("hello,stop\r\n");
//	printf("%d\r\n",totalSend);
//	printf("hello,stop\r\n");
	while(1){
		//从缓冲区取数据进行发送
		if(datacount < 120){
			if(!VoltageSend())//数据发送成功
			{
				totalSend++;
				
	//			printf("\r\n");
	//			printf("%d\r\n",totalSend);
				if(totalSend == 600){
					delay_ms(100);
					stop();
					totalSend = 0;
					datacount++;
					//延时，等待上位机开启数据解调线程10ms
					delay_s(6);
				}
				delay_ms(50);
			}
		}
	}
}