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文 | 无际（微信:2777492857）
全文约1661字，阅读大约需要 5 分钟
我做过挺多串口通讯类的产品，有用485通讯的pdu，有wifi/4G/蓝牙通讯类的网关...
做串口的应用，把串口外设调通只是第一步，串口只是数据传输的媒介，在此基础上，两个设备/器件要进行通信，传递更有意义的信息，还需要一个通讯协议。
如果没有协议设计经验，可以用标准协议，比如Modbus。
也可以自己设计通信协议，比如我们无际项目特训营的物联网串口通讯协议。
该协议负责网关和云平台/APP的数据交互。
串口通讯的难点和重点，不在于串口外设本身，而是基于串口的增值功能，比如协议设计和解析，其稳定性的考量。
早期做pdu的时候，用485通讯，Modbus协议，我是做从机，当时没什么经验，总是做不稳定，如果是碰上那种对成本要求很苛刻的产品，比如连一个电容钱都要省的，调起来极其恶心，想把公司电脑都砸了。
解析协议数据时，写程序也非常头疼，最常见的就是定义数组作为缓存，去接收数据，不过用这种方式程序写起来比较麻烦，全局变量满天飞。
如果一边接收，一边解析，然后再发送数据，难免会有多个程序同时访问和修改数组的情况，这样管理数据的插入和删除，就会大大增加了程序的复杂性。
如果没有足够的经验，很容易引起数据错乱，丢包，就是一帧协议数据，丢了其中1个或者几个字节。
所以，这篇文章，是解决如何用应对高频数据流的问题，这种方法，不仅仅能用于串口，也适用其它大数据流处理的场景。
这个时候，需要用到一种数据结构，叫队列。
队列可以更好地保证数据的完整性和顺序，因为队列是先进先出（FIFO）的数据结构，而数组可能会因为覆盖或重新分配而导致数据顺序混乱。
其实队列，也没想象中这么玄乎，就是在数组/内存里面，写一些入列/出列的小算法，去管理这些数组/内存。
如果想学写队列这种数据结构，我知道的两个渠道。
第一，可以看我2018年录制的那套程序架构教程，里面有手把手教写队列代码的章节。
通过这些结构体，可以根据应用场景，定义不同大小的队列。
然后通过4个函数，去管理定义好的队列，比如清空、入列、出列、判断队列有效数据长度。
这个队列相对简单，缺点是只能入列单个字节的数据类型，不过大多数单片机项目也够用。
第二，RTOS也有队列代码，不过是用链表这种数据结构，更加复杂一点，优点是支持任意数据类型入列。
我一般是用自己写的那个，因为能100%掌控，使用也简单，而且经过了大批量产品验证，稳得一批。
下图是我们用无际单片机特训营项目3做的实验，单片机型号为STM32F103，以10ms的频率发送和接收串口数据，测试了32.5W个字节数据，0丢包。
这个代码，我并没有用DMA，如果用DMA，效率更高。
下面讲下我是怎么做的，其实贼简单。
DebugTxMsg是全局队列，大小为256个字节，这个可以根据单片机资源、实际应用的数据量大小、频率去调节。
当串口收到一个字节数据，我就直接丢进队列里。什么数组下标++，判断数组是否满之类的操作，其实是在队列入列函数里完成的，一次写好后，无限复用。
然后，有专门的函数，用来处理队列的数据，如果判断队列里有数据，就通过串口1再发送出去。
QueueDataOut是一个队列数据出列函数，函数内部实现了先进先出的算法，所以我们完全不用管什么数组下标，数组还有多少数据之类的，也是一次写好，无限复用，大大简化了程序。
hal_debugProc这个函数，是一直main函数里轮询执行的，所以只要队列有数据，就会被发送出去。
这个阶段，能够测试数据接收是否完整，稳定，测试通过以后，再去实现协议解析的代码。
写程序有点像下棋，走一步看百步，前期搭好程序架构，后期做细节功能会很高效稳定。
end
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