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电子发烧友网>电子资料下载>嵌入式开发>解决串口传输“阻塞”问题的方案资料下载

解决串口传输“阻塞”问题的方案资料下载

2021-04-20 | pdf | 125.55KB | 次下载 | 2积分

资料介绍

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NXPlpc1778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:通常是3~5个0xFF或者0xEE 地址号:要进行通讯的设备的地址编号,1字节 命令号:对应不同的功能,1字节 长度:数据区域的字节个数,1字节 数据:与具体的命令号有关,数据区长度可以为0,整个帧的长度不应超过256字节 校验:异或和校验(1字节)或者CRC16校验(2字节),本例使用CRC16校验 下面介绍如何将接收到的数据按照图3-1所示的格式打包成一帧。 3.1 定义数据结构 typedef struct {         uint8_t * dst_buf;                  //指向接收缓存         uint8_t sfd;                        //帧首标志,为0xFF或者0xEE         uint8_t sfd_flag;                   //找到帧首,一般是3~5个FF或EE         uint8_t sfd_count;                  //帧首的个数,一般3~5个         uint8_t received_len;               //已经接收的字节数         uint8_t find_fram_flag;             //找到完整帧后,置1         uint8_t frame_len;                  //本帧数据总长度,这个区域是可选的   }find_frame_struct; 3.2 初始化数据结构,一般放在串口初始化中 /**  * @brief    初始化寻找帧的数据结构  * @param    p_fine_frame:指向打包帧数据结构体变量  * @param    dst_buf:指向帧缓冲区  * @param    sfd:帧首标志,一般为0xFF或者0xEE  */   void init_find_frame_struct(find_frame_struct * p_find_frame,uint8_t *dst_buf,uint8_t sfd)   {        p_find_frame->dst_buf=dst_buf;        p_find_frame->sfd=sfd;        p_find_frame->find_fram_flag=0;        p_find_frame->frame_len=10;             p_find_frame->received_len=0;        p_find_frame->sfd_count=0;        p_find_frame->sfd_flag=0;   }  3.3 数据打包程序 /**  * @brief    寻找一帧数据  返回处理的数据个数  * @param    p_find_frame:指向打包帧数据结构体变量  * @param    src_buf:指向串口接收的原始数据  * @param    data_len:src_buf本次串口接收到的原始数据个数  * @param    sum_len:帧缓存的最大长度  * @return   本次处理的数据个数  */   uint32_t find_one_frame(find_frame_struct * p_find_frame,const uint8_t * src_buf,uint32_t data_len,uint32_t sum_len)   {        uint32_t src_len=0;                
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