【STM32 cubemx】0005 HAL库开发：uart串口中断和fifo环形队列

上一节我们学习了串口的轮询收发，以及HAL库自带的中断收发。也分析了优缺点，这一节我们来讲讲如何改写HAL库函数，使它能更高效地收发数据，更方便地使用。

早些年在使用51单片机、AVR单片机的时候，最有效的办法是开两个环形缓冲区，一个用作发送、一个用作接收。

接收的实现：开启接收数据中断；当收到数据产生中断时，在中断服务程序中，把收到的数据放入接收环形fifo中；主循环中检测接收fifo中有无数据，有的话取走使用即可。

发送的实现：当要发送数据时，先检查有无数据在发送（一般是查询发送寄存器的状态），如果不在发送，则把数据放入发送寄存器发送出去；如果正在发送，则把数据放入发送环形fifo中；另一方面，开启发送完中断，当发送完一个字节数据时，则进入中断，在中断服务程序中从发送fifo中取一个数据放入发送寄存器发送出去；如果fifo中为空，则表示已发完。

这套方法，可以使得cpu在处理接收数据时，不用担心数据处理不及时而丢失，因为有fifo作为缓冲；另一方面，在发送时，只用消耗往fifo中搬移数据的时间，之后中断会将数据发完，这样cpu可以去处理其他事情，而不用等到数据发完。

STM32同样可以这样使用，本节我们也是套用这个方法，去实现中断发送和接收。同时兼顾提高效率，尽量少写代码、复用HAL库函数。

首先还是在cubemx中生成代码，选择器件、设置SYS（调试接口）、设置RCC（外部晶振时钟源）。

然后设置串口引脚，选择uart1，异步串口，选完后，已经使用的串口引脚PA9和PA10会变成绿色；然后选择开启串口全局中断：

之后，在时钟选项卡设置主时钟为72M；在project Manager选项卡设置工程名和路径，生成工程代码。

（完整代码可以关注我的公众号留言索取，完全免费。这里受限于篇幅无法贴全。）

这里的FIFO实现，我使用的是一套开源的代码KFIFO，这套代码是linux内核的代码，非常简洁而且效率很高，唯一的小缺点是fifo长度必须是2的n次方。Fifo的代码很通用，这里就不细讲，主要讲解如何与串口中断结合使用。

函数都在myUart.c中实现，我们着重分析一下其中最主要的一个函数，也就是中断服务函数，这个函数包含了接收、发送、以及错误处理：

这里有两块最主要的处理部分，接收和发送。

接收的部分简单一些，我们先讲讲接收部分。就是图中注释Receiver下方的几行，这部分实现的是：先判断有接收中断产生，然后将收到的数存放到接收fifo中。

发送部分较为复杂一点，就是图中Transmitter下方的几行，也是先判断是否有发送完中断，如果有，就从发送fifo中取一个数，放到发送寄存器中。

最终调用的函数是这么实现的，如果fifo中有数则取一个放入发送寄存器中，无数则表示已发送完毕，关闭发送完中断。

发送过程还需要应用函数的配合，如下是发送一个字节的函数：

这个函数是供用户调用的应用函数。它的作用是发送一个字节，实现过程是：先打开发送完中断，然后判断是否有数据还未发完，如果有数未发完，则将数据写入fifo中，等待后续发送；如果没有数在发送，则直接将这个字节的数据写入发送寄存器，系统会自动发送出去。

整个发送数据的起始，是由应用函数发起的，它会向发送寄存器写入第一个待发送的数据；这个数据发送完之后，会触发发送完中断，在中断服务程序中，从fifo中取数发送，发送完下一个字节又会触发下一次中断，直到fifo中的数都被取完、发完。

先将KFIFO.c和myUart.c代码和对应的*.h文件拷贝到工程下，添加到工程中；

在usart.c文件的HAL_UART_MspInit函数中，添加如下代码，作用是打开接收、发送、以及错误检测中断：（这部分代码是HAL库里实现的，可以方便地设置中断）

中断服务程序中，如下编写，用条件编译，将原来的中断服务函数去除掉（这样代码写在user代码区，重新生成代码时也不会被cubemx删除），添加自己的中断服务函数：

在main函数中，串口初始化之前，调用一下fifo初始化的函数：

接下来就可以愉快地使用了。

如下图是一个例子，在主循环中判断有无收到数据，如果有收到，则将数据原样返回：

这里特地使用了一个5000ms的延时，以便于观察串口在收到一长串数据时的处理。

进入debug模式，设置断点，在串口调试助手中发送0123456789abcdef，断点停止如下，这里模拟的是延时5s期间，收到了一串数据，中断接收后放在了接收缓冲区中：

继续向下运行的话，把断点设置在延时处，使其可以运行到跳出内部的while，可以看到：

发送fifo中已经被填入了数据，由于最早需要发送的0和1是可以被填入发送寄存器直接发送的，所以被发送出来了；后面的2~f，由于0和1还未发送完，则被填入了发送fifo中；而我们的断点设置在紧接着填充完数据之后，所以2以及之后的数据，都还没有被发出来就被断点强制停下了。

此时如果解除断点，向后运行，可以看到后面的数据都被中断自动发送出来了：

这个方法使用时，也要注意及时取走数据，保证fifo不溢出；或者ram够用的话，可以开大fifo。

我们在HAL库的基础上，改造成了中断与fifo结合的形式，主要是为了两个目的：一是方便使用，使用中断加fifo可以跟方便接收和发送数据，不用考虑多次调用发送函数而等待，也不用考虑接收数据不及时；二是提高效率，HAL库的代码写得很完善，但是冗余操作太多了，需要取一个折中。