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单片机应用简单技巧 - 环形缓冲

2016-9-18 11:01:13 5151 单片机嵌入式

0 了解了串口的相关操作，知道了环形缓冲在嵌入式系统中的重要作用，本次介绍下如何在单片机等小型嵌入式系统中引入环形缓冲区。一、环形缓冲的结构。环形缓冲区，我们知道，有一个读指针，一个写指针，还要有一段连续的内存。它的操作无非是写入数据、读出数据、检查是否为空、是否缓冲区满这四种。于是我们构造一个环形缓冲区的结构体： typedef struct { unsigned int read_ptr; unsigned int write_ptr; unsigned int size; unsigned char* buf; }ring_buffer_def; 这样就构成了环形缓冲的结构体了，因此我们定义一个缓冲区之后，需要初始化这个结构体，还需要对应地写出读、写和判断缓冲区空和缓冲区满的函数。初始化函数： voidring_buffer_init ( ring_buffer_def ring_buf , unsigned char buf , unsigned int length )； unsigned intring_buffer_read ( ring_buffer_defring_buffe ,unsigned char dat ,unsigned int length ); 一、采用中断提高串口效率。 uart打印的波特率常见的有4800、9600、19200、38400、57600、115200，但是对于单片机运行起来而言，耗费的时间是巨大的，例如51单片机常见的串口输出函数是这样写的： voiduart_send_byte( uint8 dat ) { SBUF = dat; while(!ti); //等待发送完成 } 串口输出的时候，以9600的波特率计算，发送100个字符，需要的时间是100ms以上，则MCU的大量时间花费在了while(!TI ) 上了，使得MCU整体效率降低，如何提高串口输出效率？当然有办法，那就是利用串口的中断或者DMA，现介绍中断方式提高输出效率的方法。在使用中断方式发送数据之前，得先有个数据发送缓冲区，用来存放要发送的数据。缓冲区可以选用环形缓冲区的方式，建立环形缓冲区的方法如下： #defineUART_BUFFER_MAX_LEN 128 //环形缓冲区大小 unsigned charuart_ring_buffer[UART_BUFFER_MAX_LEN]={0};//环形缓冲区数组 unsigned intwrite_pt = 0; //写指针，初始化为0 unsigned intread_pt = 0; //读指针，初始化为0 /* 向环形缓冲区中写一个数据，成功返回0，失败返回1，缓冲区满 / usnsigned charring_buffer_write ( unsigned char dat ) { if ( write_pt + 1 % UART_BUFFER_MAX_LEN != read_pt ){ //缓冲区有数据 uart_ring_buffer[write_pt++] = dat; write_pt %= UART_BUFFER_MAX_LEN; return 0; }else{ //缓冲区满 return 1; } } / 向环形缓冲区中读一个数据，成功返回0，失败返回1，缓冲区空 / unsigned charring_buffer_read ( unsigned char dat ) { if ( read_pt != write_pt ){ //缓冲区有数据 dat = uart_ring_buffer[read_pt++]; read_pt %= UART_BUFFER_MAX_LEN; return 0; }else{ //缓冲区空 return 1; } } 以上，一个简单的环形缓冲区就建立起来了。接下来要修改一下串口发送函数和中断服务函数，以51单片机为例，代码如下： unsigned charis_data_null = 1; //定义全局变量，标志是否全部发送 / 串口发送函数 / voiduart_send_byte ( uint8 dat ) { if ( is_data_null ){ //如果发送缓冲区空 is_data_null = 0; SBUF = dat; //需要发送一次，用以激活中断 }else{ //如果发送缓冲区非空 while ( ring_buffer_write ( dat ) ); //则写入缓存,如果缓存已满，则等待。 } } / 串口终端服务函数 */ void uart_isr ()interrupt 4 { unsigned char dat; //临时变量 if ( RI ) { //接收中断 RI=0; //标志位清零 } if( TI ){ //发送中断 TI=0; if ( ring_buffer_read ( &dat ) ){ //如果缓冲区有数据 SBUF = dat; //则发送它 }else{ is_data_null = 0; //否则，标记为空 } } } 这样，就可以使用中断方式进行串口打印输出了。该方法可以很简单移植到其他单片机上。当然，接收部分用中断方式更加常见，建议也使用环形缓冲或者乒乓缓冲的方式接收数据，后面专门介绍环形缓冲和乒乓缓冲的方法，这里暂不做介绍。串口是单片机开发、嵌入式开发中不可或缺的调试和通讯工具，本文介绍的技巧思路很容易移植到其他平台上，用上它，可以调高开发效率，希望我的经验思路能够帮助到你。以上是我学习和工作中的小小经验和技巧，欢迎更多人能与我互相交流心得。如有不对的地方，欢迎指正批评，我的邮箱（也是QQ账号）是：haowidesky@sina.com。 1
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