环形缓冲区在嵌入式系统中的应用：串口中断VS主循环

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为什么要用环形缓冲区

假设有这样的场景：串口中断正在快速读取数据，主循环中较慢地解析数据。如果保存串口当前发送的数据后立即做处理，可能会有丢帧的风险。如果我们使用先进先出的数据结构——环形缓冲区，把串口存取的数据存进去，主循环可随时读取，既可以规避掉丢帧的风险，也确保了数据次序正确。

环形缓冲区的实现

需要一个缓存数组，它是固定大小的，来作为环形缓冲区。为了正确的读取数据，我们还需要写指针和读指针。指针的移动，通过_next()函数中指针+1取模实现，确保数组不会越界。

// 1. 缓存数组：固定大小的存储空间（比如256字节）
static volatile uint8_t  s_rxbuf[IMU_UART_RX_BUF_SIZE];
// 2. 写指针：下一个要写入的位置
static volatile uint16_t s_wr = 0;
// 3. 读指针：下一个要读取的位置
static volatile uint16_t s_rd = 0;
// 4. 计算下一个位置（核心：取模实现“环形”）
static inline uint16_t _next(uint16_t idx)
{
   return (uint16_t)((idx + 1u) % IMU_UART_RX_BUF_SIZE);
}

环形缓冲区的使用

回到我们一开始的场景，也就是我们决定使用环形缓冲区的起点，我们遭遇的是串口中断和主循环之间的矛盾。
我们应该在中断中使用写指针写数据。如下_push()函数：计算下一个写入位置，把字节写入写指针指向的环形缓冲区位置。当下一个写位置与读位置相等时，说明缓冲区满了，将读位置后移一位，即丢弃最旧的一个字节。最后把当前写指针后移。

1. 写入数据 _push() ：中断里调用

static inline void _push(uint8_t b)
{
    // 计算下一个写入位置
    uint16_t next = _next(s_wr);
    // 如果【下一个写位置 == 读位置】= 缓冲区满了
    if (next == s_rd) {
        s_rd = _next(s_rd);   // 丢弃最旧的一个字节
    }
    s_rxbuf[s_wr] = b;  // 把字节写入缓存
    s_wr = next;        // 写指针后移
}

同样地，在主循环解析数据时需要用到读指针读取数据。如下_pop()函数：当写指针和读指针指向同一个位置时，说明没有待读数据，返回-1；如果有待读数据，则读出数据，读指针后移。
2. 读取数据 _pop() ： 主循环解析调用

static inline int _pop(uint8_t *out)
{
    if (s_wr == s_rd) return -1;  // 空的，没数据可读
    *out = s_rxbuf[s_rd];         // 读出数据
    s_rd = _next(s_rd);           // 读指针后移
    return 0;
}

3. 状态判断总结
   缓冲区空（没数据）-》s_wr == s_rd
   缓冲区满（存不下）-》 _next(s_wr) == s_rd

文章来源:https://www.cnblogs.com/HPC2H2/p/19831581
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