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STM32F407学习记录（四）环形缓冲区

news 2026/7/13 14:11:45

本质上是一个首尾相连的固定大小数组。它通过两个指针（读指针Head和写指针Tail）在数组内循环移动，实现对数据的顺序存取。

缓冲区实现包含4要素：

typedef struct { uint8_t *buffer; // 指向存储区的指针 uint32_t head; // 读指针（指向下一个要被读出的数据） uint32_t tail; // 写指针（指向下一个要存入的位置） uint32_t size; // 缓冲区总大小（为了效率，通常设为 2 的幂） } ring_buffer_t;

写操作逻辑就是往ring_buffer数组中tail所指向位置写入一个数据，然后tail移动至下一个需要写入的位置。例如往环形缓冲区中写入2、0、2、6四个数据，那么环形缓冲区中的数据如下：

现在往里面继续写3个数据：

图1

这时候，发现tail已经来到了buffer的最后一个位置，如果再往里面写一个数据，tail应该回到开头，也就是现在head所在的地方，但这时候会发现head==tail和一开始缓冲区为空的时候一致。

所以一般情况下，当tai如图1所示，判断缓冲区满，就不继续往缓冲区写入了（注意：根据应用场景，你也可以继续写入进行覆盖）。

读操作逻辑就是从head所指示的位置读取数据，然后将head移动至下一个可以读的位置。例如读取4个数据2、0、2、6。此时head指向数据0的位置。

现在继续读取3个数据：

此时发现所有数据都读到了，并且head==tail，也就是说缓冲区为空。

当继续往这个缓冲区写数据时，tail就会跳回到缓冲区开头。读操作同理。至此形成了一个环形的缓冲区。

“空/满”判断

判空：head == tail
判满（取模）：(tail + 1) % size== head

注意：取模操作比较费时，如果对速度有要求，可以将缓存区的大小设置为2的幂次方，例如32、64、256。这样判断满的表达式可以改为：(tail + 1) & (size - 1) == head

附C代码：

ringBuffer.c

#include "./SYSTEM/ringBuffer/ringBuffer.h" // 初始化 void ring_buffer_init(ring_buffer_t *rb, uint8_t *buffer, uint32_t size) { rb->buffer = buffer; rb->head = 0; rb->tail = 0; rb->size = size; // 注意：size 必须是 2 的幂，例如 64 } // 写入一个字节 uint8_t ring_buffer_push(ring_buffer_t *rb, uint8_t data) { uint32_t next_tail = (rb->tail + 1) & (rb->size - 1); // 如果满了，丢弃新数据（防覆盖策略） if (next_tail == rb->head) { return 0; // 写入失败 } rb->buffer[rb->tail] = data; rb->tail = next_tail; return 1; // 写入成功 } // 读取一个字节 uint8_t ring_buffer_pop(ring_buffer_t *rb, uint8_t *data) { if (rb->head == rb->tail) { return 0; // 缓冲区为空 } *data = rb->buffer[rb->head]; rb->head = (rb->head + 1) & (rb->size - 1); return 1; // 读取成功 } // 查询当前待读数据长度（方便主循环判断是否有包需要处理） uint32_t ring_buffer_available(ring_buffer_t *rb) { if (rb->tail >= rb->head) { return rb->tail - rb->head; } else { return rb->size - rb->head + rb->tail; } }

ringBuffer.h

#ifndef __RINGBUFFER_H #define __RINGBUFFER_H typedef struct { uint8_t *buffer; // 指向存储区的指针 uint32_t head; // 读指针（指向下一个要被读出的数据） uint32_t tail; // 写指针（指向下一个要存入的位置） uint32_t size; // 缓冲区总大小（为了效率，通常设为 2 的幂） } ring_buffer_t; void ring_buffer_init(ring_buffer_t *rb, uint8_t *buffer, uint32_t size); uint8_t ring_buffer_push(ring_buffer_t *rb, uint8_t data); uint8_t ring_buffer_pop(ring_buffer_t *rb, uint8_t *data); uint32_t ring_buffer_available(ring_buffer_t *rb); #endif

主函数调用（工程基于正点原子串口收发实验）

#include "./SYSTEM/sys/sys.h" #include "./SYSTEM/usart/usart.h" #include "./SYSTEM/delay/delay.h" #include "./SYSTEM/ringBuffer/ringBuffer.h" #include "./SYSTEM/malloc/malloc.h" ring_buffer_t rb; /* 定义环形缓冲区 */ int main(void) { sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7); /* 设置时钟,168Mhz */ delay_init(168); /* 延时初始化 */ usart_init(84, 115200); /* 串口初始化为115200 */ my_mem_init(SRAMIN); /* 内存池初始化 */ uint8_t *rx_buff = mymalloc(SRAMIN, 64);/* 向内存池申请一段内存作为循环缓冲区，共64字节 */ ring_buffer_init(&rb, rx_buff, 64); /* 初始化环形缓冲区 */ while (1) { uint8_t data; while(ring_buffer_pop(&rb, &data)) { USART1->DR = data; while ((USART1->SR & 0X40) == 0); /* 等待发送结束 */ printf("\r\n"); /* 插入换行 */ } delay_ms(10); } } /** * @brief 串口X中断服务函数 * @param 无 * @retval 无 */ void USART1_IRQHandler(void) { uint8_t rxdata; if (USART1->SR & (1 << 5)) /* 接收到数据 */ { rxdata = USART1->DR; ring_buffer_push(&rb, rxdata); } }

实验效果：

附工程链接：

通过网盘分享的文件：串口收发之环形缓冲区.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1ZBIpqIIOy4G-93C6t0NIJA?pwd=wy6r 提取码: wy6r

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http://www.jsqmd.com/news/1180965/