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文 |?無際（微信:2777492857）
全文約1661字，閱讀大約需要?5?分鐘
我做過挺多串口通訊類的產品，有用485通訊的pdu，有wifi/4G/藍牙通訊類的網關...
做串口的應用，把串口外設調通只是第一步，串口只是數據傳輸的媒介，在此基礎上，兩個設備/器件要進行通信，傳遞更有意義的信息，還需要一個通訊協議。
如果沒有協議設計經驗，可以用標準協議，比如Modbus。
也可以自己設計通信協議，比如我們無際項目特訓營的物聯網串口通訊協議。
該協議負責網關和云平臺/APP的數據交互。
串口通訊的難點和重點，不在于串口外設本身，而是基于串口的增值功能，比如協議設計和解析，其穩定性的考量。
早期做pdu的時候，用485通訊，Modbus協議，我是做從機，當時沒什么經驗，總是做不穩定，如果是碰上那種對成本要求很苛刻的產品，比如連一個電容錢都要省的，調起來極其惡心，想把公司電腦都砸了。
解析協議數據時，寫程序也非常頭疼，最常見的就是定義數組作為緩存，去接收數據，不過用這種方式程序寫起來比較麻煩，全局變量滿天飛。
如果一邊接收，一邊解析，然后再發送數據，難免會有多個程序同時訪問和修改數組的情況，這樣管理數據的插入和刪除，就會大大增加了程序的復雜性。
如果沒有足夠的經驗，很容易引起數據錯亂，丟包，就是一幀協議數據，丟了其中1個或者幾個字節。
所以，這篇文章，是解決如何用應對高頻數據流的問題，這種方法，不僅僅能用于串口，也適用其它大數據流處理的場景。
這個時候，需要用到一種數據結構，叫隊列。
隊列可以更好地保證數據的完整性和順序，因為隊列是先進先出（FIFO）的數據結構，而數組可能會因為覆蓋或重新分配而導致數據順序混亂。
其實隊列，也沒想象中這么玄乎，就是在數組/內存里面，寫一些入列/出列的小算法，去管理這些數組/內存。
如果想學寫隊列這種數據結構，我知道的兩個渠道。
第一，可以看我2018年錄制的那套程序架構教程，里面有手把手教寫隊列代碼的章節。
通過這些結構體，可以根據應用場景，定義不同大小的隊列。
然后通過4個函數，去管理定義好的隊列，比如清空、入列、出列、判斷隊列有效數據長度。
這個隊列相對簡單，缺點是只能入列單個字節的數據類型，不過大多數單片機項目也夠用。
第二，RTOS也有隊列代碼，不過是用鏈表這種數據結構，更加復雜一點，優點是支持任意數據類型入列。
我一般是用自己寫的那個，因為能100%掌控，使用也簡單，而且經過了大批量產品驗證，穩得一批。
下圖是我們用無際單片機特訓營項目3做的實驗，單片機型號為STM32F103，以10ms的頻率發送和接收串口數據，測試了32.5W個字節數據，0丟包。
這個代碼，我并沒有用DMA，如果用DMA，效率更高。
下面講下我是怎么做的，其實賊簡單。
DebugTxMsg是全局隊列，大小為256個字節，這個可以根據單片機資源、實際應用的數據量大小、頻率去調節。
當串口收到一個字節數據，我就直接丟進隊列里。什么數組下標++，判斷數組是否滿之類的操作，其實是在隊列入列函數里完成的，一次寫好后，無限復用。
然后，有專門的函數，用來處理隊列的數據，如果判斷隊列里有數據，就通過串口1再發送出去。
QueueDataOut是一個隊列數據出列函數，函數內部實現了先進先出的算法，所以我們完全不用管什么數組下標，數組還有多少數據之類的，也是一次寫好，無限復用，大大簡化了程序。
hal_debugProc這個函數，是一直main函數里輪詢執行的，所以只要隊列有數據，就會被發送出去。
這個階段，能夠測試數據接收是否完整，穩定，測試通過以后，再去實現協議解析的代碼。
寫程序有點像下棋，走一步看百步，前期搭好程序架構，后期做細節功能會很高效穩定。
end
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