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环形缓冲区（Ring Buffer）在STM32 HAL库中的应用：防止按键丢失

news 2025/5/10 0:27:01

环形缓冲区（Ring Buffer）又称为循环缓冲区或圆形队列，是一种数据结构，它用于管理固定大小的数据存储空间。环形缓冲区本质是一个一维数组，不过是收尾相连的，类比一条蛇咬自己尾巴。

环形缓冲区重要性：避免数据被覆盖。比如，使用中断函数或者定时器函数记录按键，如果只能记录一个键值的话，如果不能及时读走出来，再次发生中断时新值就会覆盖旧值。使用环形缓冲区可以避免数据被覆盖。

本文将详细介绍环形缓冲区的概念、工作原理，并以STM32F407微控制器结合HAL库为例，探讨如何利用环形缓冲区有效防止按键输入丢失。可参考定时器处理按键抖动

 一、开发环境

硬件：正点原子探索者 V3 STM32F407开发板

单片机：STM32F407ZGT6

Keil版本：5.32

STM32CubeMX版本：6.9.2

STM32Cube MCU Packges版本：STM32F4xx_DFP.2.14.0

按键引脚：PE2
串口：USART1(PA9,PA10)

  二、配置STM32CubeMX

  1. 启动STM32CubeMX，新建STM32CubeMX项目：​
  2. 选择MCU：在软件中选择你的STM32型号-STM32F407ZGT6。​

  3. 选择时钟源：

  4. 配置时钟：
  5. ​使能Debug功能：Serial Wire
  6. ​HAL库时基选择：SysTick
  7. USART1配置：选择异步模式。

8.配置工程参数：在Project标签页中，配置项目名称和位置，选择工具链MDK-ARM。​ 9.生成代码：在Code Generator标签页中，配置工程外设文件与HAL库，勾选头文件.c和.h文件分开，然后点击Project > Generate Code生成代码。 

三、代码实现与部署

  1.   添加circle_buffer.c,circle_buffer.h：

    #ifndef _CIRCLE_BUF_H
#define _CIRCLE_BUF_H#include <stdint.h>typedef struct circle_buf {uint32_t r;uint32_t w;uint32_t len;uint8_t *buf;
}circle_buf, *p_circle_buf;void circle_buf_init(p_circle_buf pCircleBuf, uint32_t len, uint8_t *buf);int circle_buf_read(p_circle_buf pCircleBuf, uint8_t *pVal);int circle_buf_write(p_circle_buf pCircleBuf, uint8_t val);#endif /* _CIRCLE_BUF_H */

    #include <stdint.h>
#include "circle_buffer.h"void circle_buf_init(p_circle_buf pCircleBuf, uint32_t len, uint8_t *buf)
{pCircleBuf->r = pCircleBuf->w = 0;pCircleBuf->len = len;pCircleBuf->buf = buf;
}int circle_buf_read(p_circle_buf pCircleBuf, uint8_t *pVal)
{if (pCircleBuf->r != pCircleBuf->w){*pVal = pCircleBuf->buf[pCircleBuf->r];pCircleBuf->r++;if (pCircleBuf->r == pCircleBuf->len)pCircleBuf->r = 0;return 0;}else{return -1;}
}int circle_buf_write(p_circle_buf pCircleBuf, uint8_t val)
{uint32_t next_w;next_w = pCircleBuf->w + 1;if (next_w == pCircleBuf->len)next_w = 0;if (next_w != pCircleBuf->r){pCircleBuf->buf[pCircleBuf->w] = val;pCircleBuf->w = next_w;return 0;}else{return -1;}
}

  2. main.c增加代码：

    /* USER CODE BEGIN Header */
/********************************************************************************* @file           : main.c* @brief          : Main program body******************************************************************************* @attention** Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.* All rights reserved.** This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file* in the root directory of this software component.* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.********************************************************************************/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include <stdio.h>
#include "circle_buffer.h"
/* USER CODE END Includes *//* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
struct soft_timer {uint32_t timeout;void * args;void (*func)(void *);
};
/* USER CODE END PTD *//* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD *//* USER CODE END PD *//* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM *//* USER CODE END PM *//* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV */int g_key_cnt = 0;void key_timeout_func(void *args);struct soft_timer key_timer = {~0, NULL, key_timeout_func};static uint8_t g_data_buf[100];
static circle_buf g_key_bufs;void key_timeout_func(void *args)
{uint8_t key_val; /* 按下是0x1, 松开 0x2 */g_key_cnt++;key_timer.timeout = ~0;/* read gpio */if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOE,GPIO_PIN_2 ) == GPIO_PIN_RESET)key_val = 0x1;elsekey_val = 0x2;/* put key val into circle buf */circle_buf_write(&g_key_bufs, key_val);
}void mod_timer(struct soft_timer *pTimer, uint32_t timeout)
{pTimer->timeout = HAL_GetTick() + timeout;
}void check_timer(void)
{if (key_timer.timeout <= HAL_GetTick()){key_timer.func(key_timer.args);}
}void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if (GPIO_Pin == GPIO_PIN_2){		mod_timer(&key_timer, 10);}
}
/* USER CODE END PV *//* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP *//* USER CODE END PFP *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 *//* USER CODE END 0 *//*** @brief  The application entry point.* @retval int*/
int main(void)
{/* USER CODE BEGIN 1 *//* USER CODE END 1 *//* MCU Configuration--------------------------------------------------------*//* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */HAL_Init();/* USER CODE BEGIN Init *//* USER CODE END Init *//* Configure the system clock */SystemClock_Config();/* USER CODE BEGIN SysInit */circle_buf_init(&g_key_bufs, 100, g_data_buf);/* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */HAL_Delay(5000);/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */uint8_t key_val = 0;  if (0 == circle_buf_read(&g_key_bufs, &key_val)){	 printf("key_cnt:%d\r\n",g_key_cnt); //按下和松开累计次数if(key_val == 0x1)printf("The key is pressed\r\n"); //按键按下else if (key_val == 0x2)printf("Key is released\r\n");//按键松开}}/* USER CODE END 3 */
}
  3. stm32f4xx_it.c增加代码： 
    /*** @brief This function handles System tick timer.*/
void SysTick_Handler(void)
{/* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 0 *//* USER CODE END SysTick_IRQn 0 */HAL_IncTick();/* USER CODE BEGIN SysTick_IRQn 1 */extern void check_timer(void);check_timer();/* USER CODE END SysTick_IRQn 1 */
}
  4.  usart.c增加代码：usart.c的第1行添加头文件#include <stdio.h>
    #include <string.h>，在末尾用户代码区增加如下代码。printf调用“fputc()”,“fgetc()”，该函数会使用HAL_UART_Transmit发送数据。     
    /*
* 添加如下代码，可不在工程设置中勾选Use MicroLIB
*/
#pragma import(__use_no_semihosting)struct __FILE
{int a;
};FILE __stdout;
FILE __stdin;void _sys_exit(int x)
{
}/*****************************************************
*function: 写字符文件函数
*param1: 输出的字符
*param2: 文件指针
*return: 输出字符的ASCII码
******************************************************/
int fputc(int ch, FILE *f)
{HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 10);return ch;
}
/*****************************************************
*function: 读字符文件函数
*param1: 文件指针
*return: 读取字符的ASCII码
******************************************************/
int fgetc(FILE *f)
{uint8_t ch = 0;HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t*)&ch, 1, 10);return (int)ch;
}
  5. 连接USART1：用USB转TTL工具连接当前硬件USART1的PA9、PA10，GND。​​
  6. 打开串口助手：​​
  7. 编译代码：Keil编译生成的代码。

  8. 烧录程序：将编译好的程序用ST-LINK烧录到STM32微控制器中。

四、运行结果

观察结果：一旦程序烧录完成并运行，复位3秒后，按下4次，按下的4次（8次按下松开）每次都被记录下来。

复位3秒内，按下4次，按下的4次（8次按下松开）也被记录下来了，说明按下的键值被环形缓冲区记录下来了。

​五、注意事项

1.确保你的开发环境和工具已经正确安装和配置。

2.如果没有打印电压值，按一下复位键，检查连接和电源是否正确，注意根据你所用的硬件来接线，不要接错线。
3.在串口打印数据时，要确保波特率等参数与串口助手设置一致。

通过上述步骤，你就可以在STM32F407 HAL库利用环形缓冲区有效防止按键输入丢失。


http://www.mrgr.cn/news/44259.html

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