STM32进阶之串口环形缓冲区实现（转载）
转载自微信公众号“玩转单片机”，感谢原作者“杰杰”。
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
类似售票排队窗口，先到的人看到能先买到票，然后先走，后来的人只能后买到票
队列的常见两种形式
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。
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。
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，这其实就是一个数组，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。
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，那就跟着歌曲来一步步用代码实现吧：
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。将接受的数据缓存一下，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：
1 //①定义一个结构体：
2
3 typedef struct
4 {
5 u16 Head;
6 u16 Tail;
7 u16 Lenght;
8 u8 Ring_Buff[RINGBUFF_LEN];
9 } RingBuff_t;
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11 RingBuff_t ringBuff;//创建一个ringBuff的缓冲区
12
13 //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，
14 //并且里面没有数据，也就是空的队列。
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16 /**
17 * @brief RingBuff_Init
18 * @param void
19 * @return void
20 * @author 杰杰
21 * @date 2018
22 * @version v1.0
23 * @note 初始化环形缓冲区
24 */
25 void RingBuff_Init(void)
26 {
27 //初始化相关信息
28 ringBuff.Head = 0;
29 ringBuff.Tail = 0;
30 ringBuff.Lenght = 0;
31 }
32 //初始化效果如下：
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35 //写入环形缓冲区的代码实现：
36
37 /**
38 * @brief Write_RingBuff
39 * @param u8 data
40 * @return FLASE:环形缓冲区已满，写入失败; TRUE:写入成功
41 * @author 杰杰
42 * @date 2018
43 * @version v1.0
44 * @note 往环形缓冲区写入u8类型的数据
45 */
46 u8 Write_RingBuff(u8 data)
47 {
48 if(ringBuff.Lenght >= RINGBUFF_LEN) //判断缓冲区是否已满
49 {
50 return FLASE;
51 }
52
53 ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Tail]=data;
54
55 // ringBuff.Tail++;
56
57 ringBuff.Tail = ( ringBuff.Tail + 1 ) % RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问
58 ringBuff.Lenght++;
59
60 return TRUE;
61 }
62
63 //读取缓冲区的数据的代码实现：
64
65 /**
66 * @brief Read_RingBuff
67 * @param u8 *rData，用于保存读取的数据
68 * @return FLASE:环形缓冲区没有数据，读取失败;TRUE:读取成功
69 * @author 杰杰
70 * @date 2018
71 * @version v1.0
72 * @note 从环形缓冲区读取一个u8类型的数据
73 */
74 u8 Read_RingBuff(u8 *rData)
75 {
76 if(ringBuff.Lenght == 0)//判断非空
77 {
78 return FLASE;
79 }
80
81 *rData = ringBuff.Ring_Buff[ringBuff.Head];//先进先出FIFO，从缓冲区头出
82
83 // ringBuff.Head++;
84 ringBuff.Head = (ringBuff.Head + 1) % RINGBUFF_LEN;//防止越界非法访问
85 ringBuff.Lenght--;
86
87 return TRUE;
88 }
89
90 /* 对于读写操作需要注意的地方有两个：
91 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。
92 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。
93
94 那么在串口接收函数中： */
95
96 void USART1_IRQHandler(void)
97 {
98 if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //接收中断
99 {
100 USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_RXNE); //清楚标志位
101 Write_RingBuff(USART_ReceiveData(USART1)); //读取接收到的数据
102 }
103 }
104
105 /* 测试效果
106
107 测试数据没有发生丢包现象
108
109 补充
110 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。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。 */
111
112 #define USER_RINGBUFF 1 //使用环形缓冲区形式接收数据
113 #if USER_RINGBUFF
114 /**如果使用环形缓冲形式接收串口数据***/
115 #define RINGBUFF_LEN 200 //定义最大接收字节数 200
116 #define FLASE 1
117 #define TRUE 0
118 void RingBuff_Init(void);
119 u8 Write_RingBuff(u8 data);
120 u8 Read_RingBuff(u8 *rData);
121 #endif
122
123 //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。
