前言

大家好，這里是 Hello_Embed。上一篇我們用中斷方式實現了 UART 收發，但發現一個關鍵問題：若 CPU 在處理其他任務時未及時重新使能接收中斷，新數據會覆蓋舊數據，導致丟失。本篇的核心改進方案是 ——“中斷接收 + 環形緩沖區”：中斷中實時將接收的數據存入緩沖區，主程序從緩沖區按需讀取，徹底解決 “接收不及時” 的痛點。下一篇我們將進一步學習更高效的 DMA 方式，現在先聚焦這個經典的中斷優化方案。

本篇筆記所提及的環形緩沖區相關知識可在同系列筆記14-15中找到

一、改進核心思路

要解決數據丟失，關鍵是讓 “接收” 和 “處理” 解耦 —— 接收端用中斷快速存數據，處理端（主程序）慢慢讀數據，無需同步等待。具體思路有兩點：

1. 提前使能接收中斷：程序啟動時就開啟 UART 接收中斷，確保任何時候有數據都能被捕獲；
2. 中斷中存環形緩沖區：每次接收中斷觸發時，立即將數據存入環形緩沖區，避免數據在寄存器中被覆蓋，主程序從緩沖區讀取數據時不影響接收。

二、代碼實現：從緩沖區定義到中斷處理

我們基于上一篇的工程修改，核心是在usart.c中集成環形緩沖區，實現 “中斷存數據、主程序讀數據” 的流程。

1. 準備工作：包含頭文件與定義核心變量

首先在usart.c的開頭包含環形緩沖區頭文件（需確保路徑正確），并定義接收相關的變量：

#include <circle_buffer.h>  // 包含環形緩沖區頭文件/* USER CODE BEGIN 1 */
// 1. 發送完成標志（沿用上篇）
static volatile int g_tx_cplt = 0;
// 2. 接收暫存變量：每次中斷接收1字節，先存在這里
static uint8_t g_RecvChar;
// 3. 環形緩沖區存儲數組：容量100字節，可存100個接收數據
static uint8_t g_RecvBuf[100];
// 4. 環形緩沖區結構體：管理讀寫指針和長度
static circle_buf g_uart1_rx_bufs;
/* USER CODE END 1 */

2. 步驟 1：初始化環形緩沖區 + 啟動接收中斷

定義StartUART1Recv函數，作用是初始化環形緩沖區并提前使能接收中斷—— 程序啟動時調用一次，后續無需手動開啟中斷。

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 啟動UART1接收：初始化緩沖區+使能接收中斷
void StartUART1Recv(void)
{// 初始化環形緩沖區：綁定結構體、容量100、存儲數組g_RecvBufcircle_buf_init(&g_uart1_rx_bufs, 100, g_RecvBuf);// 使能接收中斷：接收1字節到g_RecvChar，觸發中斷后進入回調函數HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_RecvChar, 1);
}
/* USER CODE END 1 */

• circle_buf_init參數說明：&g_uart1_rx_bufs（緩沖區結構體）、100（容量）、g_RecvBuf（存儲數組）；
• HAL_UART_Receive_IT：使能 RXNE 中斷（RDR 寄存器非空時觸發），接收的 1 字節暫存到g_RecvChar。

3. 步驟 2：接收中斷回調 —— 數據存入緩沖區

重寫HAL_UART_RxCpltCallback（接收完成回調函數），核心邏輯是：將暫存的字節存入環形緩沖區，并重新使能接收中斷（確保下一個數據能被捕獲）。

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 接收完成回調函數：中斷觸發后執行
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if (huart == &huart1)  // 確認是USART1的中斷{// 1. 將接收的字節（g_RecvChar）寫入環形緩沖區circle_buf_write(&g_uart1_rx_bufs, g_RecvChar);// 2. 重新使能接收中斷：準備接收下一個字節（關鍵！避免中斷斷連）HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_RecvChar, 1);}
}
/* USER CODE END 1 */

• 為什么要 “重新使能中斷”？HAL_UART_Receive_IT是 “一次性” 的 —— 接收 1 字節后會自動關閉中斷，必須重新調用才能繼續接收下一字節。

4. 步驟 3：封裝緩沖區讀取函數

定義UART1GetChar函數，供主程序調用，從環形緩沖區讀取 1 字節數據（成功返回 0，失敗返回 - 1，對應緩沖區空）。

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 從環形緩沖區讀取1字節數據
int UART1GetChar(uint8_t *pVal)
{// 調用環形緩沖區讀函數，將數據存入pVal指向的地址return circle_buf_read(&g_uart1_rx_bufs, pVal);
}
/* USER CODE END 1 */

• pVal：主程序傳入的 “數據存儲地址”，讀取成功后，緩沖區的數據會存在這里；
• 返回值：0 表示讀取成功（有數據），-1 表示緩沖區空（無數據）。

5. 沿用發送相關函數

若需要保留中斷發送功能，可沿用上篇的發送完成回調和等待函數（確保發送流程正常）：

/* USER CODE BEGIN 1 */
// 發送完成回調函數（沿用）
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{if (huart == &huart1)g_tx_cplt = 1;
}// 等待發送完成（沿用，主程序調用）
void Wait_Tx_Complete(void)
{while (g_tx_cplt == 0);  // 等待發送完成標志置位g_tx_cplt = 0;           // 復位標志
}
/* USER CODE END 1 */

三、主程序調用：實現 “接收 - 處理 - 返回” 完整流程

在main.c中，先啟動接收中斷，再通過 “發送提示→讀取緩沖區→數據加 1 返回” 的邏輯，驗證改進方案是否有效。

1. 聲明外部函數

在main.c的/* USER CODE BEGIN PV */區域，聲明usart.c中定義的函數：

/* USER CODE BEGIN PV */
// 聲明外部函數：啟動接收中斷、等待發送完成、讀取緩沖區數據
extern void StartUART1Recv(void);
extern void Wait_Tx_Complete(void);
extern int UART1GetChar(uint8_t *pVal);
/* USER CODE END PV */

2. 主程序核心邏輯

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 1. 啟動UART1接收：初始化緩沖區+使能中斷（程序啟動時執行一次）
StartUART1Recv();// 2. 定義發送的提示信息和接收變量
char *str1 = "Please enter a char : \r\n";
uint8_t c;  // 存儲從緩沖區讀取的字節
/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{/* USER CODE BEGIN 3 */// 步驟1：發送提示信息（中斷方式）HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)str1, strlen(str1));Wait_Tx_Complete();  // 等待發送完成// 步驟2：從環形緩沖區讀取1字節（循環等待，直到有數據）while (0 != UART1GetChar(&c));  // 返回0表示讀取成功，退出循環// 步驟3：數據加1后返回（查詢方式，簡單場景可用）c += 1;HAL_UART_Transmit(&huart1, &c, 1, 1000);    // 發送加1后的字符HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"\r\n", 2, 1000);  // 換行
}
/* USER CODE END 3 */

四、實驗驗證：數據丟失問題解決

燒錄程序后，用串口工具一次性發送 “12345”（模擬快速連續發送），結果如下：

可以看到，單片機正確接收了所有字符，并返回 “23456”—— 證明環形緩沖區成功暫存了所有數據，即使主程序在處理發送，也不會丟失接收的數據。

五、核心流程梳理（為什么能解決丟失？）

整個改進方案的閉環流程如下，關鍵是 “接收” 和 “處理” 的解耦：

1. 啟動階段：StartUART1Recv初始化緩沖區→使能接收中斷；
2. 接收階段：電腦發數據→RXNE 中斷觸發→HAL_UART_RxCpltCallback將數據存入緩沖區→重新使能中斷（準備下一次接收）；
3. 處理階段：主程序通過UART1GetChar從緩沖區讀數據→加 1 后返回→即使主程序耗時，緩沖區也會暫存新數據，不會被覆蓋。

結尾

“中斷 + 環形緩沖區” 是 UART 通信中解決數據丟失的經典方案，它兼顧了中斷的高效性和緩沖區的可靠性，適合中低速、數據量不大的場景。下一篇筆記，我們將學習更高級的 “DMA 方式”—— 讓 DMA 硬件替 CPU 完成 “數據搬運”，徹底解放 CPU，適合高速、大數據量的通信場景。
Hello_Embed 繼續帶你探索 UART 通信的高效實現方式，敬請期待～