一个免锁环形缓冲区的实现

2024-09-02 23:32
文章标签 实现 环形 缓冲区 免锁

本文主要是介绍一个免锁环形缓冲区的实现,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

面是串口DMA+环形缓冲区的实现,数据收发是异步的,不需要死等。
关于环形缓冲区参考:
1
2
http://blog.csdn.net/jieffantfyan/article/details/53572103

实现原理
程序是在串口中断收发方式的基础上设计的,应用层通过环形缓冲区进行串口数据读取,环形缓冲区作为一级缓存,增加DMA作为二级缓存。相对中断方式这种设计可以减少串口进入中断的次数,尤其是在高速波特率的情况下。由于使用DMA收发数据时,必须预设好发送/接收地址、长度等信息,软件内为DMA开辟了16个字节数组作为缓冲区。当发送环形缓存区内有数据需要发送时,程序将前16字节(如果不足则复制实际长度并重新设置DMA发送长度)复制到DMA发送缓冲区内并启动发送,数据发送完成之后将余下的数据按同样的方法复制到DMA发送缓冲区直至数据发送完成。而对于接收来说,处理比发送麻烦一些,需要两个中断服务程序配合,当DMA接收完成16字节之后,软件将这些数据写入到接收环形缓冲区内,以便应用程序读取。因为软件中将DMA接收缓存长度设置为16字节,即DMA必须连续接收到16字节才会进入中断服务程序,但多数情况下接收到的数据长度不可能全是16字节的倍数,比如MCU只收到10字节之后的一段时间内再也收不到数据了。对于这种情况可以使用定时器配合检测,一旦发现长时间收不到串口的数据则将DMA接收缓冲区的数据全部提取出来。由于STM32单片机提供了空闲中断,我们可以利用这个机制解决上述问题,当产生空闲中断时,意味着已经没有数据接收了,这时候则将DMA接收缓冲内的数据提取出来。

外部接口声明
下面将串口的初始化、读、写接口抽象出来。

/******************************************************************************
 * Copyright (C) 2016, roger
 * All rights reserved.
 *
 * 文件名称: tty.h
 * 摘    要:控制台驱动

 *             
 * 当前版本: 3.0
 * 作    者: roger
 * 完成日期: 2016-09-24
 *             
 * 取代版本: 2.0
 * 原作者  : roger
 * 完成日期: 2015-07-08
 ******************************************************************************/


#ifndef _TTY_H_
#define _TTY_H_

#define TTY_BAUDRATE          115200                    /*波特率 ------------*/
#define TTY_TXBUF_SIZE        256                       /*发送缓冲区长度 -----*/
#define TTY_RXBUF_SIZE        256                       /*接收缓冲区长度 -----*/
#define TTY_DMA_TX_LEN        10                        /*DMA 发送缓冲区 ----*/
#define TTY_DMA_RX_LEN        10                        /*DMA 接收缓冲区 ----*/

#define TTY_USE_DMA           1                         /*启用DMA -----------*/


/* Exported Structs ---------------------------------------------------------*/

typedef struct          
{
    void (*init)(void);                                     /*初始化 --------*/    
    unsigned int (*write)(void *buf, unsigned int len);     /*数据写 --------*/
    unsigned int (*read) (void *buf, unsigned int len);     /*读数据 --------*/
    void (*puts)(const char *str);                          /*输入一个字符串 */
    void (*clr)(void);                                      /*清除接收缓冲区 */
    unsigned int (*buflen)(void);                           /*接收缓冲区的长度*/
    void (*printf)(const char *format, ...);                /*格式化打印 ----*/
}tty_t;


/* Exported variables ------------------------------------------------------- */
extern const tty_t tty;


#endif  
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接口实现 ##‘
/******************************************************************************
 * Copyright (C) 2016, roger
 * All rights reserved.
 *
 * 文件名称: tty.c
 * 摘    要:打印串口驱动

 *             
 * 当前版本: 3.0
 * 作    者: roger
 * 完成日期: 2016-09-24
 *             
 * 取代版本: 2.0
 * 原作者  : roger
 * 完成日期: 2015-07-08
 ******************************************************************************/

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "tty.h"
#include "ringbuffer.h"
#include "stm32f4xx.h"
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

static unsigned char rxbuf[TTY_TXBUF_SIZE];         /*接收缓冲区 ------------*/
static unsigned char txbuf[TTY_RXBUF_SIZE];         /*发送缓冲区 ------------*/
static ring_buf_t ringbuf_send, ringbuf_recv;       /*收发缓冲区管理 ---------*/

#if TTY_USE_DMA == 1
    static unsigned char dma_tx_buf[TTY_DMA_TX_LEN];/*DMA发送缓冲区 ---------*/
    static unsigned char dma_rx_buf[TTY_DMA_RX_LEN];/*DMA接收缓冲区 ---------*/      
#endif

/*******************************************************************************
 * 函数名称:port_conf
 * 功能描述:打印串口配置(PD8->USART3_TX, PD9->USART3_RX)
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 * 作    者:roger.luo
 ******************************************************************************/
static void port_conf(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    /*console串口引脚配置 ----------------------------------------------------*/
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_USART3);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART3);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 ;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;    
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);  
}

/*******************************************************************************
 * 函数名称:DMA_Conf
 * 功能描述: 串口DMA配置(DMA1_Channel4_Stream1->USART3_RX,
 *                       DMA1_Channel4_Stream3->USART3_TX)
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 * 作    者:roger.luo
 ******************************************************************************/
#if TTY_USE_DMA == 1
static void DMA_Conf(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_Structure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    /* Enable DMA clock */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);    
    DMA_DeInit(DMA1_Stream1);
    DMA_DeInit(DMA1_Stream3);
    while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream1) != DISABLE){}
    while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream3) != DISABLE){}
    /*配置串口3接收流 */
    DMA_Structure.DMA_Channel = DMA_Channel_4;                    /*DMA1通道4*/
    DMA_Structure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART3->DR);
    DMA_Structure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)dma_rx_buf;
    DMA_Structure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;           /*外设到内存*/
    DMA_Structure.DMA_BufferSize = sizeof(dma_rx_buf);
    DMA_Structure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_Structure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_Structure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_Structure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_Structure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                   /*循环模式*/
    DMA_Structure.DMA_Priority = DMA_Priority_Low;
    DMA_Structure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;         
    DMA_Structure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
    DMA_Structure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
    DMA_Structure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
    DMA_Init(DMA1_Stream1, &DMA_Structure); 

    /*配置串口3发送流 */
    DMA_Structure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART3->DR);
    DMA_Structure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)dma_tx_buf;
    DMA_Structure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;            /*内存到外设*/
    DMA_Structure.DMA_BufferSize = sizeof(dma_tx_buf);
    DMA_Structure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                      /*正常模式 -*/
    DMA_Init(DMA1_Stream3, &DMA_Structure); 

    /* Enable DMA Stream Transfer Complete interrupt */
    DMA_ITConfig(DMA1_Stream1, DMA_IT_TC, ENABLE);    
    //DMA_ITConfig(DMA1_Stream3, DMA_IT_TC, ENABLE);
    /* DMA Stream enable */
    DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);                                 /*使能接收流*/

    /* Enable the DMA Stream IRQ Channel */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream3_IRQn;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
}
#endif
/*******************************************************************************
 * 函数名称:uart_conf
 * 功能描述:TTY 串口配置
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 * 作    者:roger.luo
 ******************************************************************************/
static void uart_conf(void)
{
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    USART_DeInit(USART3);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = TTY_BAUDRATE;  
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART3, &USART_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 

    ring_buf_create(&ringbuf_send, txbuf, sizeof(txbuf));/*初始化环形缓冲区 --*/
    ring_buf_create(&ringbuf_recv, rxbuf, sizeof(rxbuf));     

#if TTY_USE_DMA == 1     
    USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);         /*开启DMA请求 --------*/
    USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);   
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_IDLE, ENABLE);       /*打开空闲中断处理DMA接收 -------*/     
#else
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);
#endif    
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_ERR, ENABLE);    
    USART_Cmd(USART3, ENABLE);    
}

/*******************************************************************************
 * 函数名称:init
 * 功能描述:打印驱动初始化
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 * 作    者:roger.luo
 ******************************************************************************/
static void init(void)
{
    port_conf();
    uart_conf();
#if TTY_USE_DMA == 1    
    DMA_Conf(); 
#endif    
}


/*******************************************************************************
 * 函数名称:send
 * 功能描述:向串口发送缓冲区内写入数据
 * 输入参数:buf       -  缓冲区
 *           len       -  缓冲区长度
 * 返 回 值:实际写入长度(如果此时缓冲区满,则返回len)
 * 作    者:roger.luo
 ******************************************************************************/
static unsigned int send(void *buf, unsigned int len)
{

#if TTY_USE_DMA == 1    
    unsigned int ret;
    ret = ring_buf_put(&ringbuf_send, buf, len);  
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TC, ENABLE);  
    return ret;
#else
    unsigned int ret;
    ret = ring_buf_put(&ringbuf_send, (unsigned char *)buf, len);       
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TXE, ENABLE);    
    return ret;        
#endif    
}

/*******************************************************************************
 * 函数名称:recv
 * 功能描述:读取tty接收缓冲区的数据
 * 输入参数:buf       -  缓冲区
 *           len       -  缓冲区长度
 * 返 回 值:(实际读取长度)如果接收缓冲区的有效数据大于len则返回len否则返回缓冲
 *            区有效数据的长度
 * 作    者:roger.luo
 ******************************************************************************/
unsigned int recv(void *buf, unsigned int len)
{
    return ring_buf_get(&ringbuf_recv, (unsigned char *)buf, len);
}

#if TTY_USE_DMA == 1
/*******************************************************************************
 * 函数名称:DMA1_Stream1_IRQHandler
 * 功能描述:TTY串口DMA接收完成中断
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
void DMA1_Stream1_IRQHandler(void)
{
    if (DMA_GetITStatus(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1) != RESET)  
    { 
        ring_buf_put(&ringbuf_recv, dma_rx_buf, sizeof(dma_rx_buf));
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1);
    }    
}
/*******************************************************************************
 * 函数名称:DMA1_Stream3_IRQHandler
 * 功能描述:TTY串口DMA发送完成中断
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
/*void DMA1_Stream3_IRQHandler(void)
{
    unsigned int len;
    if (DMA_GetITStatus(DMA1_Stream3, DMA_IT_TCIF3) != RESET)
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream3, DMA_IT_TCIF3);  
        if ((len = ring_buf_get(&ringbuf_send, dma_tx_buf, sizeof(dma_tx_buf))))
        {                
            DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream3, len);        
            DMA_Cmd(DMA1_Stream3, ENABLE);
            USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);
        }
        else sending = 0;
    }   

}*/
#endif

/*******************************************************************************
 * 函数名称:USART3_IRQHandler
 * 功能描述:串口1收发中断
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
void USART3_IRQHandler(void)
{    
#if TTY_USE_DMA == 1    
    uint16_t len, retry = 0;
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_IDLE) != RESET || 
        USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_FE) != RESET) 
    {
        /*获取DMA缓冲区内的有效数据长度 --------------------------------------*/
        len = sizeof(dma_rx_buf) - DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Stream1);    
        DMA_Cmd(DMA1_Stream1, DISABLE);  
        ring_buf_put(&ringbuf_recv,dma_rx_buf, len);    /*将数据放入接收缓冲区*/   
        while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream1) != DISABLE && retry++ < 100){}  
        /*复位DMA当前计数器值 ------------------------------------------------*/
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream1, sizeof(dma_rx_buf));
        DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);         
        DMA_ClearFlag(DMA1_Stream1, DMA_FLAG_TCIF1);    /*清除传输完成标志,否则会进入传输完成中断*/
        len = USART3->DR;                               /*清除中断标志 -------*/
    }
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_TC) != RESET)
    {  
        if ((len = ring_buf_get(&ringbuf_send, dma_tx_buf, sizeof(dma_tx_buf))))
        {                
            DMA_Cmd(DMA1_Stream3, DISABLE);
            DMA_ClearFlag(DMA1_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3);
            DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream3, len);        
            DMA_Cmd(DMA1_Stream3, ENABLE);
        }
        else 
        {
            USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TC, DISABLE);       
        }
    }
#else
    unsigned char data;
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) 
    {
        data = USART_ReceiveData(USART3);
        ring_buf_put(&ringbuf_recv,&data, 1);           /*将数据放入接收缓冲区*/  
    }
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_TXE) != RESET) 
    {
        if (ring_buf_get(&ringbuf_send, &data, 1))      /*从缓冲区中取出数据---*/
        {
            USART_SendData(USART3, data);            
        }
        else
            USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TXE, DISABLE);    
    }
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_FE) != RESET)
    {
        data = USART_ReceiveData(USART3);

    }    
#endif
}


/*******************************************************************************
 * 函数名称:putstr
 * 功能描述:输出一个字符串
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
static void putstr(const char *str)
{
    send((void *)str, strlen(str));
}

/*******************************************************************************
 * 函数名称:clear
 * 功能描述:清除接收缓冲区的数据
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
static void clear(void)
{
    ring_buf_clr(&ringbuf_recv);
}

/*******************************************************************************
 * 函数名称:buflen
 * 功能描述:清除接收缓冲区的数据
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
static unsigned int buflen(void)
{
    return ring_buf_len(&ringbuf_recv);
}

/*******************************************************************************
 * 函数名称:print
 * 功能描述:格式化打印输出
 * 输入参数:none
 * 返 回 值:none
 ******************************************************************************/
static void print(const char *format, ...)
{
    va_list args;
    char buf[256];
    va_start (args, format);
    vsprintf (buf, format, args);       
    va_end (args);    
    putstr(buf);

}


/*外部接口定义 --------------------------------------------------------------*/
extern const tty_t tty = 
{
    init,
    send,
    recv,
    putstr,
    clear,
    buflen,
    print
};
--------------------- 
作者:魔罗 
来源:CSDN 
原文:https://blog.csdn.net/jieffantfyan/article/details/52675299 
版权声明:本文为博主原创文章,转载请附上博文链接!

这篇关于一个免锁环形缓冲区的实现的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1131379

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