USART环形队列

### USART环形队列的实现或使用方法 在嵌入式开发中，USART通信通常需要高效的数据管理机制来处理收发数据。环形缓冲区（Circular Buffer 或 FIFO）是一种常见的解决方案，用于优化数据存储和访问效率。 #### 环形缓冲区的基本原理 环形缓冲区通过两个指针——`head` 和 `tail` 来跟踪数据的位置[^1]。当缓冲区满时，新数据会覆盖最早写入的数据。这种方式可以有效减少内存分配开销并提高性能。 以下是基于STM32 HAL库的一个简单实现： #### 发送方向的环形缓冲区实现 对于发送方向，可以通过以下方式实现环形缓冲区： ```c #define BUFFER_SIZE 64 uint8_t tx_buffer[BUFFER_SIZE]; volatile uint16_t tx_head = 0; volatile uint16_t tx_tail = 0; void UART_Tx_PutChar(char data) { uint16_t next_head = (tx_head + 1) % BUFFER_SIZE; if (next_head != tx_tail) { // Check if buffer is full tx_buffer[tx_head] = data; tx_head = next_head; } } void UART_Tx_Process() { if (tx_tail != tx_head && __HAL_UART_GET_FLAG(&huartX, UART_FLAG_TXE)) { uint8_t data = tx_buffer[tx_tail]; tx_tail = (tx_tail + 1) % BUFFER_SIZE; huartX.Instance->DR = data; // Write to Data Register } } ``` #### 接收方向的环形缓冲区实现 接收方向同样可以利用环形缓冲区来缓存接收到的数据： ```c uint8_t rx_buffer[BUFFER_SIZE]; volatile uint16_t rx_head = 0; volatile uint16_t rx_tail = 0; void UART_Rx_ISR(void) { char data = huartX.Instance->DR; // Read from Data Register uint16_t next_head = (rx_head + 1) % BUFFER_SIZE; if (next_head != rx_tail) { // Check if buffer is full rx_buffer[rx_head] = data; rx_head = next_head; } } char UART_Rx_GetChar(void) { if (rx_head == rx_tail) return -1; // Buffer empty char data = rx_buffer[rx_tail]; rx_tail = (rx_tail + 1) % BUFFER_SIZE; return data; } ``` #### 使用DMA增强性能 如果希望进一步提升性能，可以结合DMA技术。例如，在接收过程中启用DMA传输完成后触发回调函数，从而避免频繁轮询UART状态寄存器[^3]。 ```c __weak void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart->Instance == USARTX) { // Process received data here USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS, (u8*)rx_buffer, BUFFER_SIZE); } HAL_UART_Receive_DMA(huart, rx_buffer, BUFFER_SIZE); // Restart DMA reception } ``` 以上代码片段展示了如何通过DMA配合环形缓冲区实现高效的USART数据处理方案。 ---