STM32使用FIFO实现USART串口发送中断

fifo就不要造轮子了，用现成的就行了。linux内核中有目前人类写出的基于c语言的最强FIFO，请自行搜索学习《巧夺天工的kfifo》，kfifo精妙无比，实在是高，其中用到的环回特性，不仅可以用在FIFO中，我还想到了另一个用途，参加另一篇博文《整数的环回特性》。

直接把最常用的几个函数拷贝到STM32工程文件里，顺便把kfifo结构体中的自旋锁成员给屏蔽掉，这玩意只在多核才有用，在单核的32上没有作用，直接注释掉就行。然后把源码中自旋上锁、自旋解锁分别改成STM32的开中断、关中断（或者改成进入临界段、退出临界段，参考我的另一篇博文：《STM32使用中断屏蔽寄存器BASEPRI保护临界段+中断分组+抢占/响应优先级概念》），用以保护FIFO的读写索引。还要一个至关重要的min宏需要移植，此宏很有讲究，请一定要参考我的另一篇博文进行min宏的移植《求最小值的宏：#define min(x,y) x > y? y: x 中的陷阱》，否则在fifo写索引溢出时会触发bug。

typedef struct kfifo {
    uint8_t *buffer;     /* the buffer holding the data */
    uint16_t size;         /* the size of the allocated buffer */
    uint16_t in;           /* data is added at offset (in % size) */
    uint16_t out;          /* data is extracted from off. (out % size) */
    //spinlock_t *lock;          /* protects concurrent modifications 自旋锁*/
}gfifo_t;

uint16_t __kfifo_put(struct kfifo *fifo,
            const uint8_t *buffer, uint16_t len);
uint16_t __kfifo_get(struct kfifo *fifo,
             uint8_t *buffer, uint16_t len);

要理解STM32的USART发送中断，首先要了解两个概念：发送数据寄存器DR、移位寄存器，我们发送数据时就是把数据写入DR就不管了，硬件一旦发现DR中有数据，就会自动把DR中的数据放到移位寄存器中，然后硬件逻辑才一位一位地把数据发出去。也就是说：DR空并不意味着发送已完成，移位寄存器空才是真正的发送完成。

STM32的USART发送中断有两个：

（1）“发送完成TC”中断，意思是移位寄存器已发送完成
（2）"数据寄存器空TXE"中断，要注意这个中断！一上电数据寄存器DR中是没有数据的，所以，一旦开启TXE中断（当然，开全局中断也得是开着的），就会立即进入中断服务函数。这就指示我们：不要在初始化中开启TXE中断，而是要在打算发数据时才开。

以下是F103C8T6的USART1初始化

//串口1初始化
void USART1_Init(u32 bound)
{
	//GPIO端口设置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);	//使能USART1，GPIOA时钟

	//USART1_TX   GPIOA.9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9

	//USART1_RX	  GPIOA.10初始化
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  

	//Usart1 NVIC 配置
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//指出中断通道为UASRT1
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;		//子优先级3
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ通道使能
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//根据指定的参数初始化VIC寄存器

	//USART 初始化设置
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;	//收发模式

	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接收寄存器非空中断
	//USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TC, ENABLE);//开启串口发送完成中断（移位寄存器发送完成）
	//USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);//开启串口发送寄存器空中断（只要DR空就中断，实际上，这句话会导致立马中断，因为此时DR确实是空的，所以一般只在发送时才enable它，而不会在初始化时就enable它）
	
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1 

}

使用FIFO进行中断式发送的步骤如下：

①把想发的n个字节数据填入FIFO
②开启TXE中断

/*
通过中断发送数据
返回：1成功，0失败
*/
int16_t uart1_send_by_int(const uint8_t *data, uint16_t len)
{
	if(get_fifo_unused_size(&uart1TxFifo) >= len)//只有空闲区>len，才执行发送程序
	{
		gfifo_put(&uart1TxFifo, data, len);
	}
	else
	{
		rtt_printf("uart1 SendFifo has no space\r\n");//程序走到这里，意味着FIFO缓冲不足，会出现发送丢失
		return 0;
	}
	
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);
	
	return 1;
}

执行完上述发送函数后，硬件发现DR寄存器中没有数据，会立即进入TXE中断，接下来我们写TXE中断的服务函数：

//串口1的所有中断服务
void USART1_IRQHandler(void)                	//串口1中断服务程序
{
	if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) != RESET)  //数据寄存器DR空中断TXE
	{
		if(get_fifo_used_size(&uart1TxFifo) > 0)//main调用链中操作uart1TxFifo的地方必须禁掉本中断（或全局中断）
		{
			uint8_t sendCh;
			//从FIFO中取出一个字节并发送，这个字节一旦被从DR移入移位寄存器，就会再次进入本中断
            gfifo_get(&uart1TxFifo, &sendCh, 1);
			USART1->DR = sendCh;
		}
		else
		{
			USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, DISABLE);//FIFO中的所有数据都已发完，关中断
		}
	}	
}