STM32HAL 快速入门（二十）：UART 中断改进 —— 环形缓冲区解决数据丢失

前言

大家好，这里是 Hello_Embed 。上一篇我们用中断方式实现了 UART 收发，但发现一个关键问题：若 CPU 在处理其他任务时未及时重新使能接收中断，新数据会覆盖旧数据，导致丢失。本篇的核心改进方案是 ------"中断接收 + 环形缓冲区"：中断中实时将接收的数据存入缓冲区，主程序从缓冲区按需读取，彻底解决 "接收不及时" 的痛点。下一篇我们将进一步学习更高效的 DMA 方式，现在先聚焦这个经典的中断优化方案。

本篇笔记所提及的环形缓冲区相关知识可在同系列笔记14-15中找到

一、改进核心思路

要解决数据丢失，关键是让 "接收" 和 "处理" 解耦 ------ 接收端用中断快速存数据，处理端（主程序）慢慢读数据，无需同步等待。具体思路有两点：

提前使能接收中断：程序启动时就开启 UART 接收中断，确保任何时候有数据都能被捕获；
中断中存环形缓冲区：每次接收中断触发时，立即将数据存入环形缓冲区，避免数据在寄存器中被覆盖，主程序从缓冲区读取数据时不影响接收。

二、代码实现：从缓冲区定义到中断处理

我们基于上一篇的工程修改，核心是在usart.c中集成环形缓冲区，实现 "中断存数据、主程序读数据" 的流程。

1. 准备工作：包含头文件与定义核心变量

首先在usart.c的开头包含环形缓冲区头文件（需确保路径正确），并定义接收相关的变量：

c 复制代码

#include <circle_buffer.h>  // 包含环形缓冲区头文件

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 1. 发送完成标志（沿用上篇）
static volatile int g_tx_cplt = 0;
// 2. 接收暂存变量：每次中断接收1字节，先存在这里
static uint8_t g_RecvChar;
// 3. 环形缓冲区存储数组：容量100字节，可存100个接收数据
static uint8_t g_RecvBuf[100];
// 4. 环形缓冲区结构体：管理读写指针和长度
static circle_buf g_uart1_rx_bufs;
/* USER CODE END 1 */

2. 步骤 1：初始化环形缓冲区 + 启动接收中断

定义StartUART1Recv函数，作用是初始化环形缓冲区 并提前使能接收中断------ 程序启动时调用一次，后续无需手动开启中断。

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 启动UART1接收：初始化缓冲区+使能接收中断
void StartUART1Recv(void)
{
    // 初始化环形缓冲区：绑定结构体、容量100、存储数组g_RecvBuf
    circle_buf_init(&g_uart1_rx_bufs, 100, g_RecvBuf);
    // 使能接收中断：接收1字节到g_RecvChar，触发中断后进入回调函数
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_RecvChar, 1);
}
/* USER CODE END 1 */

circle_buf_init参数说明：&g_uart1_rx_bufs（缓冲区结构体）、100（容量）、g_RecvBuf（存储数组）；
HAL_UART_Receive_IT：使能 RXNE 中断（RDR 寄存器非空时触发），接收的 1 字节暂存到g_RecvChar。

3. 步骤 2：接收中断回调 ------ 数据存入缓冲区

重写HAL_UART_RxCpltCallback（接收完成回调函数），核心逻辑是：将暂存的字节存入环形缓冲区，并重新使能接收中断（确保下一个数据能被捕获）。

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 接收完成回调函数：中断触发后执行
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)  // 确认是USART1的中断
    {
        // 1. 将接收的字节（g_RecvChar）写入环形缓冲区
        circle_buf_write(&g_uart1_rx_bufs, g_RecvChar);
        // 2. 重新使能接收中断：准备接收下一个字节（关键！避免中断断连）
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_RecvChar, 1);
    }
}
/* USER CODE END 1 */

为什么要 "重新使能中断"？HAL_UART_Receive_IT是 "一次性" 的 ------ 接收 1 字节后会自动关闭中断，必须重新调用才能继续接收下一字节。

4. 步骤 3：封装缓冲区读取函数

定义UART1GetChar函数，供主程序调用，从环形缓冲区读取 1 字节数据（成功返回 0，失败返回 - 1，对应缓冲区空）。

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 从环形缓冲区读取1字节数据
int UART1GetChar(uint8_t *pVal)
{
    // 调用环形缓冲区读函数，将数据存入pVal指向的地址
    return circle_buf_read(&g_uart1_rx_bufs, pVal);
}
/* USER CODE END 1 */

pVal：主程序传入的 "数据存储地址"，读取成功后，缓冲区的数据会存在这里；
返回值：0 表示读取成功（有数据），-1 表示缓冲区空（无数据）。

5. 沿用发送相关函数

若需要保留中断发送功能，可沿用上篇的发送完成回调和等待函数（确保发送流程正常）：

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 发送完成回调函数（沿用）
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)
        g_tx_cplt = 1;
}

// 等待发送完成（沿用，主程序调用）
void Wait_Tx_Complete(void)
{
    while (g_tx_cplt == 0);  // 等待发送完成标志置位
    g_tx_cplt = 0;           // 复位标志
}
/* USER CODE END 1 */

三、主程序调用：实现 "接收 - 处理 - 返回" 完整流程

在main.c中，先启动接收中断，再通过 "发送提示→读取缓冲区→数据加 1 返回" 的逻辑，验证改进方案是否有效。

1. 声明外部函数

在main.c的/* USER CODE BEGIN PV */区域，声明usart.c中定义的函数：

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN PV */
// 声明外部函数：启动接收中断、等待发送完成、读取缓冲区数据
extern void StartUART1Recv(void);
extern void Wait_Tx_Complete(void);
extern int UART1GetChar(uint8_t *pVal);
/* USER CODE END PV */

2. 主程序核心逻辑

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 1. 启动UART1接收：初始化缓冲区+使能中断（程序启动时执行一次）
StartUART1Recv();

// 2. 定义发送的提示信息和接收变量
char *str1 = "Please enter a char : \r\n";
uint8_t c;  // 存储从缓冲区读取的字节
/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    // 步骤1：发送提示信息（中断方式）
    HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)str1, strlen(str1));
    Wait_Tx_Complete();  // 等待发送完成

    // 步骤2：从环形缓冲区读取1字节（循环等待，直到有数据）
    while (0 != UART1GetChar(&c));  // 返回0表示读取成功，退出循环

    // 步骤3：数据加1后返回（查询方式，简单场景可用）
    c += 1;
    HAL_UART_Transmit(&huart1, &c, 1, 1000);    // 发送加1后的字符
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"\r\n", 2, 1000);  // 换行
}
/* USER CODE END 3 */

四、实验验证：数据丢失问题解决

烧录程序后，用串口工具一次性发送 "12345"（模拟快速连续发送），结果如下：

可以看到，单片机正确接收了所有字符，并返回 "23456"------ 证明环形缓冲区成功暂存了所有数据，即使主程序在处理发送，也不会丢失接收的数据。

五、核心流程梳理（为什么能解决丢失？）

整个改进方案的闭环流程如下，关键是 "接收" 和 "处理" 的解耦：

启动阶段 ：StartUART1Recv初始化缓冲区→使能接收中断；
接收阶段 ：电脑发数据→RXNE 中断触发→HAL_UART_RxCpltCallback将数据存入缓冲区→重新使能中断（准备下一次接收）；
处理阶段 ：主程序通过UART1GetChar从缓冲区读数据→加 1 后返回→即使主程序耗时，缓冲区也会暂存新数据，不会被覆盖。

结尾

"中断 + 环形缓冲区" 是 UART 通信中解决数据丢失的经典方案，它兼顾了中断的高效性和缓冲区的可靠性，适合中低速、数据量不大的场景。下一篇笔记，我们将学习更高级的 "DMA 方式"------ 让 DMA 硬件替 CPU 完成 "数据搬运"，彻底解放 CPU，适合高速、大数据量的通信场景。
Hello_Embed 继续带你探索 UART 通信的高效实现方式，敬请期待～