TI

【转】 一种串口高效收发思路及方案

2019-07-18 16:26发布

站内问答 / TI MCU
12067 2 901
    摘要：本文在探讨传统数据收发不足之后，介绍如何使用带FIFO的串口来减少接收中断次数，通过一种自定义通讯协议格式，给出帧打包方法；之后介绍一种特殊的串口数据发送方法，可在避免使用串口发送中断的情况下，提高系统的响应速度。1.  简介       串口由于使用简单，价格低廉，配合RS485芯片可以实现长距离、抗干扰能力强的局域网络而被广泛使用。随着产品功能的增多，需要处理的任务也越来越复杂，系统任务也越来越需要及时响应。绝大多数的现代单片机（ARM7、Cortex-M3）串口都带有一定数量的硬件FIFO，本文将介绍如何使用硬件FIFO来减少接收中断次数，提高发送效率。在此之前，先来列举一下传统串口数据收发的不足之处：
  • 每接收一个字节数据，产生一次接收中断。不能有效的利用串口硬件FIFO，减少中断次数。
  • 应答数据采用等待发送的方法。由于串行数据传输的时间远远跟不上CPU的处理时间，等待串口发送完当前字节再发送下一字节会造成CPU资源浪费，不利于系统整体响应（在1200bps下，发送一字节大约需要10ms，如果一次发送几十个字节数据，CPU会长时间处于等待状态）。
  • 应答数据采用中断发送。增加一个中断源，增加系统的中断次数，这会影响系统整体稳定性（从可靠性角度考虑，中断事件应越少越好）。
  • 针对上述的不足之处，将结合一个常用自定义通讯协议，提供一个完整的解决方案。

2.  串口FIFO       串口FIFO可以理解为串口专用的缓存，该缓存采用先进先出方式。数据接收FIFO和数据发送FIFO通常是独立的两个硬件。串口接收的数据，先放入接收FIFO中，当FIFO中的数据达到触发值（通常触发值为1、2、4、8、14字节）或者FIFO中的数据虽然没有达到设定值但是一段时间（通常为3.5个字符传输时间）没有再接收到数据，则通知CPU产生接收中断；发送的数据要先写入发送FIFO，只要发送FIFO未空，硬件会自动发送FIFO中的数据。写入发送FIFO的字节个数受FIFO最大深度影响，通常一次写入最多允许16字节。上述列举的数据跟具体的硬件有关，CPU类型不同，特性也不尽相同，使用前应参考相应的数据手册。3.  数据接收与打包       FIFO可以缓存串口接收到的数据，因此我们可以利用FIFO来减少中断次数。以NXP的lpc1778芯片为例，接收FIFO的触发级别可以设置为1、2、4、8、14字节，推荐使用8字节或者14字节，这也是PC串口接收FIFO的默认值。这样，当接收到大量数据时，每8个字节或者14个字节才会产生一次中断（最后一次接收除外），相比接收一个字节即产生一个中断，这种方法串口接收中断次数大大减少。       将接收FIFO设置为8或者14字节也十分简单，还是以lpc1778为例，只需要设置UART FIFO控制寄存器UnFCR即可。       接收的数据要符合通讯协议规定，数据与协议是密不可分的。通常我们需要将接收到的数据根据协议打包成一帧，然后交由上层处理。下面介绍一个自定义的协议帧格式，并给出一个通用打包成帧的方法。       自定义协议格式如图3-1所示。 帧 首 地址号 命令号 长 度                                        数                                 据                                       校 验
友情提示: 此问题已得到解决，问题已经关闭,关闭后问题禁止继续编辑，回答。
该问题目前已经被作者或者管理员关闭, 无法添加新回复
2条回答
被大学上了四年
1楼-- · 2019-07-18 20:41

使用例子：

定义数据结构体变量：


[cpp] view plain copy
print?

  • find_frame_structslave_find_frame_srt;  


定义接收数据缓冲区：

[cpp] view plain copy
print?

  • #define SLAVE_REC_DATA_LEN  128  
  • uint8_t slave_rec_buf[SLAVE_REC_DATA_LEN];  


在串口初始化中调用结构体变量初始化函数：

[cpp] view plain copy
print?

  • init_find_frame_struct(&slave_find_frame_srt,slave_rec_buf,0xEE);  


在串口接收中断中调用数据打包函数：

[cpp] view plain copy
print?

  • find_one_frame(&slave_find_frame_srt,tmp_rec_buf,data_len,SLAVE_REC_DATA_LEN);  


其中，rec_buf是串口接收临时缓冲区，data_len是本次接收的数据长度。
4.  数据发送       前文提到，传统的等待发送方式会浪费CPU资源，而中断发送方式虽然不会造成CPU资源浪费，但又增加了一个中断源。在我们的使用中发现，定时器中断是几乎每个应用都会使用的，我们可以利用定时器中断以及硬件FIFO来进行数据发送，通过合理设计后，这样的发送方法即不会造成CPU资源浪费，也不会多增加中断源和中断事件。       需要提前说明的是，这个方法并不是对所有应用都合适，对于那些没有开定时器中断的应用本方法当然是不支持的，另外如果定时器中断间隔较长而通讯波特率又特别高的话，本方法也不太适用。公司目前使用的通讯波特率一般比较小（1200bps、2400bps），在这些波特率下，定时器间隔为10ms以下（含10ms）就能满足。如果定时器间隔为1ms以下（含1ms），是可以使用115200bps的。       本方法主要思想是：定时器中断触发后，判断是否有数据要发送，如果有数据要发送并且满足发送条件，则将数据放入发送FIFO中，对于lpc1778来说，一次最多可以放16字节数据。之后硬件会自动启动发送，无需CPU参与。       下面介绍如何使用定时器发送数据，硬件载体为RS485。因为发送需要操作串口寄存器以及RS485方向控制引脚，需跟硬件密切相关，以下代码使用的硬件为lpc1778，但思想是通用的。4.1 定义数据结构
[cpp] view plain copy
print?

  • 1.  /*串口帧发送结构体*/   
  • 2.  typedef struct {   
  • 3.      uint16_t send_sum_len;          //要发送的帧数据长度   
  • 4.      uint8_t  send_cur_len;          //当前已经发送的数据长度   
  • 5.      uint8_t  send_flag;             //是否发送标志   
  • 6.      uint8_t * send_data;            //指向要发送的数据缓冲区   
  • 7.  }uart_send_struct;   




4.2 定时处理函数


[html] view plain copy
print?

  • 1.  /**   
  • 2.  * @brief    定时发送函数,在定时器中断中调用,不使用发送中断的情况下减少发送等待   
  • 3.  * @param    UARTx:指向硬件串口寄存器基地址   
  • 4.  * @param    p:指向串口帧发送结构体变量   
  • 5.  */   
  • 6.  #define FARME_SEND_FALG 0x5A            
  • 7.  #define SEND_DATA_NUM   12   
  • 8.  static void uart_send_com(LPC_UART_TypeDef *UARTx,uart_send_struct *p)   
  • 9.  {   
  • 10.     uint32_t i;   
  • 11.     uint32_t tmp32;   
  • 12.         
  • 13.     if(UARTx->LSR &(0x01<<6))                      //发送为空   
  • 14.     {           
  • 15.         if(p->send_flag==FARME_SEND_FALG)   
  • 16.         {                           
  • 17.             RS485ClrDE;                             // 置485为发送状态   
  • 18.                 
  • 19.             tmp32=p->send_sum_len-p->send_cur_len;   
  • 20.             if(tmp32>SEND_DATA_NUM)                 //向发送FIFO填充字节数据   
  • 21.             {   
  • 22.                 for(i=0;i<SEND_DATA_NUM;i++)   
  • 23.                 {   
  • 24.                     UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];   
  • 25.                 }   
  • 26.             }   
  • 27.             else   
  • 28.             {   
  • 29.                 for(i=0;i<tmp32;i++)   
  • 30.                 {   
  • 31.                     UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];   
  • 32.                 }   
  • 33.                 p->send_flag=0;                        
  • 34.             }   
  • 35.         }   
  • 36.         else   
  • 37.         {   
  • 38.             RS485SetDE;   
  • 39.         }   
  • 40.     }   
  • 41. }   

其中，RS485ClrDE为宏定义，设置RS485为发送模式；RS485SetDE也为宏定义，设置RS485为接收模式。



被大学上了四年
2楼-- · 2019-07-19 01:21
使用例子：定义数据结构体变量：
[cpp] view plain copy
print?

  • uart_send_struct uart0_send_str;  


定义发送缓冲区：

[cpp] view plain copy
print?

  • uint8_t uart0_send_buf[UART0_SEND_LEN];  


根据使用的硬件串口，对定时处理函数做二次封装：

[cpp] view plain copy
print?

  • void uart0_send_data(void)  
  • {  
  •     uart_send_com(LPC_UART0,&uart0_send_str);  
  • }  


将封装函数uart0_send_data();放入定时器中断处理函数中；
在需要发送数据的地方，设置串口帧发送结构体变量：
[cpp] view plain copy
print?

  • uart0_send_str.send_sum_len=data_len;      //data_len为要发送的数据长度  
  • uart0_send_str.send_cur_len=0;           //固定为0  
  • uart0_send_str.send_data=uart0_send_buf;    //绑定发送缓冲区  
  • uart0_send_str.send_flag=FARME_SEND_FALG;   //设置发送标志  



5.  总结
       本文主要讨论了一种高效的串口数据收发方法，并给出了具体的代码实现。在当前处理器任务不断增加的情况下，提供了一个占用资源少，可提高系统整体性能的新的思路。

一周热门 更多>

相关文章