單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)

單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)由一個串口接收數(shù)據(jù)引發(fā)的問題與字節(jié)緩沖流系統(tǒng)的設(shè)計 在一個wifi數(shù)據(jù)收發(fā)項目調(diào)試時發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)在高速連續(xù)發(fā)送和接收時，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)了丟失和系統(tǒng)的死機(jī)。單片機(jī)在接收串口數(shù)據(jù)時，傳統(tǒng)采用中斷方法或者查詢指定標(biāo)志位方法接收數(shù)據(jù)。 查詢指定標(biāo)志位：這種方式通常在main函數(shù)的大循環(huán)中不斷的檢測標(biāo)志位或者等待該標(biāo)志位來判斷是否有數(shù)據(jù)接收。通常有兩種方式： 1：在大循環(huán)中if(標(biāo)志位成立)表明有數(shù)據(jù)接收然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。 優(yōu)點：不會引起整個main函數(shù)線程的阻塞;在簡單的數(shù)據(jù)接收項目中可以使用缺點：單片機(jī)一般都為單線程，復(fù)雜的控制中采用操作系統(tǒng)，例如UC/OS；所以，將所以都函數(shù)放在main函數(shù)大循環(huán)中進(jìn)行輪番處理。整個循環(huán)周期時間不確定，其他任務(wù)函數(shù)可能發(fā)生阻塞，不能夠保證數(shù)據(jù)到來時，正好在執(zhí)行檢測指定標(biāo)志位，從而出現(xiàn)了數(shù)據(jù)丟失。 2：在大循環(huán)中while（標(biāo)志位）；通過while來等待數(shù)據(jù)的到來。 優(yōu)點：數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)丟失，穩(wěn)定。 缺點：整個main函數(shù)主線程出現(xiàn)堵塞，其他函數(shù)無法執(zhí)行，上述所示。顯然：以上兩種發(fā)送在復(fù)雜的控制系統(tǒng)中是不能采用的，因此：在沒有多任務(wù)操作系統(tǒng)時，數(shù)據(jù)的接收采用中斷接收的法式是最佳的。使用中斷，可以不用查詢和等待的方式接收數(shù)據(jù)，解決了許多問題。，此時，單片機(jī)可以說是多線程執(zhí)行程序。main函數(shù)是一個線程，中斷服務(wù)子程序是一個線程。中斷是前臺，main函數(shù)是后臺。由于是多線程（一般而言），不得不考慮數(shù)據(jù)的安全性。中斷可能隨時到來。Main函數(shù)會隨時被打斷，程序計數(shù)器寄存器PC指針指向中斷函數(shù)入口地址，指向中斷函數(shù)。Main函數(shù)在處理數(shù)據(jù)時被打斷，可能會引發(fā)數(shù)據(jù)的丟失。共同訪問全局變量時，使用互斥信號量等一些手段保障數(shù)據(jù)不被修改。設(shè)計可能被中斷打斷的函數(shù)時，要注意函數(shù)的重入問題，像static等關(guān)鍵字。字節(jié)接收緩沖系統(tǒng)設(shè)計的核心思想： 1：前臺(即中斷)負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，并不進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)放入消息隊列中。 2：后臺（main函數(shù)）負(fù)責(zé)從消息隊列中取出消息，并處理。 3：整個接收系統(tǒng)核心為隊列，可以當(dāng)做緩沖區(qū)；遵循先進(jìn)先出原則FIFO采用隊列方式接收數(shù)據(jù)比較簡單，并且實現(xiàn)了緩沖，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失。消息隊列核心算法實現(xiàn)：1：消息隊列核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：typedefstructQueue{ unsignedcharfront;//隊列頭索引 unsignedcharrear;//隊列尾索引 unsignedchar*pArray;//簡易的隊列指向數(shù)組}QueueTypeDef;單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第1頁。單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第1頁。2:判斷隊列是否為滿偽算法 if((rear+1)%數(shù)組的元素個數(shù))==front)3:判斷隊列是否為空偽算法 if(rear==front)4:將數(shù)據(jù)加入隊列偽算法 if(隊列不為滿){ pArray[rear]=數(shù)據(jù)； rear=(rear+1)%數(shù)組的長度}5:將數(shù)據(jù)從隊列中取出偽算法if(隊列不為空){ Val=pArray[front];front=(front+1)%數(shù)組長度}以上是接收最簡單的一個字節(jié)的隊列；ASCIIC編譯通過不依賴于單片機(jī)；將其加入中斷服務(wù)子程序中，把接收的數(shù)據(jù)加入隊列中；以stm32單片機(jī)串口中斷為例：voidUSART2_IRQHandler(void){ if(USART_GetITStatus(USART2,USART_IT_RXNE)==SET) { USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_RXNE); en_queue(&Queue,(uint8_t)USART_ReceiveData(USART2));//將數(shù)據(jù)加入消息隊列中 } if(USART_GetFlagStatus(USART2,USART_FLAG_ORE)==SET) { USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_ORE); USART_ReceiveData(USART2); } }Main函數(shù)從消息隊列中取出數(shù)據(jù) unsignedcharval；while(1) {單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第2頁。 if(out_queue(&Queue,&val))//從隊列中取出數(shù)據(jù)單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第2頁。 { if(i==16) i=0; LCD_print(1,i,val);//顯示取出的數(shù)據(jù) i++; } …. ….. //其他任務(wù)……. }以上算法思路是以接收最簡單的一個字節(jié)為例：當(dāng)然可以接收更復(fù)雜的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下typedefstructMessage//消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu){ u8clientID; //客戶端名 u8messgeLength;//消息長度 u8message_str[MessageSize];//存放消息的數(shù)組 }MessageTypeDef;typedefstructQueue//消息隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu){ u8front; //隊列頭 u8rear; //隊列尾+1 MessageTypeDefmessage[MessQueueSize];//消息 BOOL(*postMessage)(MessageTypeDefdat);//消息進(jìn)列 BOOL(*getMessage)(MessageTypeDef*datAddr);//消息出列 }MessQueue;MessageTypeDef;這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中構(gòu)造了接收數(shù)據(jù)的格式并不是前面最簡單的一個字節(jié)，根據(jù)實際接收數(shù)據(jù)的需要來構(gòu)造數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)然在中斷函數(shù)中要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，也可以放在主函數(shù)中處理數(shù)據(jù)，中斷中依然是將字節(jié)放入消息隊列中。主函數(shù)處理完數(shù)據(jù)后在放入另一個消息隊列中，由其他函數(shù)處理數(shù)據(jù)，多級消息隊列。以下是帶特定格式的消息數(shù)據(jù)處理：buff[buff_index]=USART_ReceiveData(USART2); //將接收的數(shù)據(jù)（1個字節(jié)）放入緩沖區(qū)// // if(buff[0]==0x2B)//校驗數(shù)據(jù)頭// {// buff_index++; // }// else單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第3頁。// {單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第3頁。// buff_index=0;// }// // if(buff_index==8)//獲取數(shù)據(jù)尾// {// length=(buff[7]-0x30)+1+buff_index;//計算數(shù)據(jù)尾索引// }// // if(buff_index==length)// {// length=200; // buff_index=0; // receive=TRUE;//數(shù)據(jù)接收完成// //DISABLE_WIFI_RX_IRQ();//// }附:字節(jié)緩沖流系統(tǒng)源碼：文件：queue.h#ifndef__QUEUE_H__#define__QUEUE_H__#ifndefbool#defineboolunsignedchar#definetrue1#definefalse0#endif#defineQueueArraySize 32//隊列長度（字節(jié)）typedefstructQueue{ unsignedcharfront;//隊列頭 unsignedcharrear;//隊列尾+1 unsignedchar*pArray;//指向字節(jié)數(shù)組}QueueTypeDef;單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第4頁。單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第4頁。externQueueTypeDefQueue;externunsignedcharqueueArray[QueueArraySize];voidqueue_Init(QueueTypeDef*pQ,unsignedchar*array);//初始化boolfull_queue(QueueTypeDef*pQ);//滿boolemput_queue(QueueTypeDef*pQ);//空boolen_queue(QueueTypeDef*pQ,unsignedcharval);//入隊列boolout_queue(QueueTypeDef*pQ,unsignedchar*dat);//出隊列#endif文件：queue.c#include"queue.h"QueueTypeDefQueue;unsignedcharqueueArray[QueueArraySize];voidqueue_Init(QueueTypeDef*pQ,unsignedchar*array){ Queue.front; Queue.rear; pQ->pArray=array; pQ->front=0; pQ->rear=0;}boolfull_queue(QueueTypeDef*pQ){ if((pQ->rear+1)%QueueArraySize==pQ->front) returntrue; else returnfalse;}boolemput_queue(QueueTypeDef*pQ){ if(pQ->front==pQ->rear) returntrue; else returnfalse;}單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第5頁。單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第5頁。boolen_queue(QueueTypeDef*pQ,unsignedcharval){ if(full_queue(pQ)) { returnfalse; } else { *((pQ->pArray)+(pQ->rear))=val; //pQ->pArray[pQ->rear]=val; pQ->rear=(pQ->rear+1)%QueueArraySize; returntrue; }}boolout_queue(QueueTypeDef*pQ,unsignedchar*dat){ if(emput_queue(pQ)) { returnfalse; } else { *dat=pQ->pArray[pQ->front]; pQ->front=(pQ->front+1)%QueueArraySize; returntrue; }}附：復(fù)雜數(shù)據(jù)接收緩沖流實現(xiàn)1：文件：queue.h#ifndef__QUEUE_H__#define__QUEUE_H__#ifndefBOOL#defineBOOL unsignedchar#defineTRUE 1#defineFALSE 0#endif#defineMessageSize 10//消息長度（字節(jié)）單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第6頁。#defineMessQueueSize 20//隊列長度sizeof（MessageTypeDef)單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第6頁。typedefunsignedcharu8;typedefunsignedintu16;typedefstructMessage//消息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu){ u8clientID; //客戶端名 u8messgeLength;//消息長度 u8message_str[MessageSize];//存放消息的數(shù)組 }MessageTypeDef;typedefstructQueue//消息隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu){ u8front; //隊列頭 u8rear; //隊列尾+1 MessageTypeDefmessage[MessQueueSize];//消息 BOOL(*postMessage)(MessageTypeDefdat);//消息進(jìn)列 BOOL(*getMessage)(MessageTypeDef*datAddr);//消息出列 }MessQueue;externMessQueuemess_queue;voidMessageQueueInit(void);//初始化BOOLfull_queue(void);//判斷是否為滿BOOLemput_queue(void);//判斷是否為空BOOLen_queue(MessageTypeDefmessage);//入列BOOLout_queue(MessageTypeDef*message);//出列#endif2：文件：queue.c#include"queue1.h"MessQueuemess_queue;//定義消息隊列單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第7頁。voidMessageQueueInit(void)//初始化單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第7頁。{ mess_queue.front=0; mess_queue.rear=0; mess_queue.postMessage=en_queue; mess_queue.getMessage=out_queue;}BOOLfull_queue(void)//判斷隊列是否為滿{ if((mess_queue.rear+1)%MessQueueSize==mess_queue.front)//rear+1=front { returnTRUE; } else { returnFALSE; }}BOOLemput_queue(void)//判斷隊列是否為空{(diào) if(mess_queue.front=mess_queue.rear)//front=rear { returnTRUE; } else { returnFALSE; }}BOOLen_queue(MessageTypeDefmessage)//入列{ if(full_queue())//判斷隊列是否為滿 { returnFALSE; } else { u8i=0; 單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第8頁。 (&(mess_queue.message[mess_queue.rear]))->clientID=message.clientID;單片機(jī)數(shù)據(jù)接收緩沖流的設(shè)計與實現(xiàn)全文共9頁，當(dāng)前為第8頁。 (&(mess_queue.message[mess_queue.rear]))->messgeLength=message.messgeLength; for(i=0;i<(message.messgeLength);i++) { (&(mess_queue.message[mess_q