資料介紹
本文在探討傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)不足之后,介紹如何使用帶FIFO的串口來減少接收中斷次數(shù),通過一種自定義通訊協(xié)議格式,給出幀打包方法;之后介紹一種特殊的串口數(shù)據(jù)發(fā)送方法,可在避免使用串口發(fā)送中斷的情況下,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
1.簡介
串口由于使用簡單,價格低廉,配合RS485芯片可以實現(xiàn)長距離、抗干擾能力強的局域網(wǎng)絡(luò)而被廣泛使用。隨著產(chǎn)品功能的增多,需要處理的任務(wù)也越來越復(fù)雜,系統(tǒng)任務(wù)也越來越需要及時響應(yīng)。絕大多數(shù)的現(xiàn)代單片機(ARM7、Cortex-M3)串口都帶有一定數(shù)量的硬件FIFO,本文將介紹如何使用硬件FIFO來減少接收中斷次數(shù),提高發(fā)送效率。在此之前,先來列舉一下傳統(tǒng)串口數(shù)據(jù)收發(fā)的不足之處:
每接收一個字節(jié)數(shù)據(jù),產(chǎn)生一次接收中斷。不能有效的利用串口硬件FIFO,減少中斷次數(shù)。應(yīng)答數(shù)據(jù)采用等待發(fā)送的方法。由于串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上CPU的處理時間,等待串口發(fā)送完當(dāng)前字節(jié)再發(fā)送下一字節(jié)會造成CPU資源浪費,不利于系統(tǒng)整體響應(yīng)(在1200bps下,發(fā)送一字節(jié)大約需要10ms,如果一次發(fā)送幾十個字節(jié)數(shù)據(jù),CPU會長時間處于等待狀態(tài))。應(yīng)答數(shù)據(jù)采用中斷發(fā)送。增加一個中斷源,增加系統(tǒng)的中斷次數(shù),這會影響系統(tǒng)整體穩(wěn)定性(從可靠性角度考慮,中斷事件應(yīng)越少越好)。針對上述的不足之處,將結(jié)合一個常用自定義通訊協(xié)議,提供一個完整的解決方案。
2.串口FIFO
串口FIFO可以理解為串口專用的緩存,該緩存采用先進先出方式。數(shù)據(jù)接收FIFO和數(shù)據(jù)發(fā)送FIFO通常是獨立的兩個硬件。串口接收的數(shù)據(jù),先放入接收FIFO中,當(dāng)FIFO中的數(shù)據(jù)達到觸發(fā)值(通常觸發(fā)值為1、2、4、8、14字節(jié))或者FIFO中的數(shù)據(jù)雖然沒有達到設(shè)定值但是一段時間(通常為3.5個字符傳輸時間)沒有再接收到數(shù)據(jù),則通知CPU產(chǎn)生接收中斷;發(fā)送的數(shù)據(jù)要先寫入發(fā)送FIFO,只要發(fā)送FIFO未空,硬件會自動發(fā)送FIFO中的數(shù)據(jù)。寫入發(fā)送FIFO的字節(jié)個數(shù)受FIFO最大深度影響,通常一次寫入最多允許16字節(jié)。上述列舉的數(shù)據(jù)跟具體的硬件有關(guān),CPU類型不同,特性也不盡相同,使用前應(yīng)參考相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊。
3.數(shù)據(jù)接收與打包
FIFO可以緩存串口接收到的數(shù)據(jù),因此我們可以利用FIFO來減少中斷次數(shù)。以NXP的lpc1778芯片為例,接收FIFO的觸發(fā)級別可以設(shè)置為1、2、4、8、14字節(jié),推薦使用8字節(jié)或者14字節(jié),這也是PC串口接收FIFO的默認(rèn)值。這樣,當(dāng)接收到大量數(shù)據(jù)時,每8個字節(jié)或者14個字節(jié)才會產(chǎn)生一次中斷(最后一次接收除外),相比接收一個字節(jié)即產(chǎn)生一個中斷,這種方法串口接收中斷次數(shù)大大減少。
將接收FIFO設(shè)置為8或者14字節(jié)也十分簡單,還是以lpc1778為例,只需要設(shè)置UART FIFO控制寄存器UnFCR即可。
接收的數(shù)據(jù)要符合通訊協(xié)議規(guī)定,數(shù)據(jù)與協(xié)議是密不可分的。通常我們需要將接收到的數(shù)據(jù)根據(jù)協(xié)議打包成一幀,然后交由上層處理。下面介紹一個自定義的協(xié)議幀格式,并給出一個通用打包成幀的方法。
自定義協(xié)議格式如圖3-1所示。
幀首:通常是3~5個0xFF或者0xEE
地址號:要進行通訊的設(shè)備的地址編號,1字節(jié)
命令號:對應(yīng)不同的功能,1字節(jié)
長度:數(shù)據(jù)區(qū)域的字節(jié)個數(shù),1字節(jié)
數(shù)據(jù):與具體的命令號有關(guān),數(shù)據(jù)區(qū)長度可以為0,整個幀的長度不應(yīng)超過256字節(jié)
校驗:異或和校驗(1字節(jié))或者CRC16校驗(2字節(jié)),本例使用CRC16校驗
下面介紹如何將接收到的數(shù)據(jù)按照圖3-1所示的格式打包成一幀。
3.1 定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
typedef?struct?{??
??????uint8_t?*?dst_buf;??????????????????//指向接收緩存??
??????uint8_t?sfd;????????????????????????//幀首標(biāo)志,為0xFF或者0xEE??
??????uint8_t?sfd_flag;???????????????????//找到幀首,一般是3~5個FF或EE??
??????uint8_t?sfd_count;??????????????????//幀首的個數(shù),一般3~5個??
??????uint8_t?received_len;???????????????//已經(jīng)接收的字節(jié)數(shù)??
??????uint8_t?find_fram_flag;?????????????//找到完整幀后,置1??
??????uint8_t?frame_len;??????????????????//本幀數(shù)據(jù)總長度,這個區(qū)域是可選的??
}find_frame_struct;
3.2 初始化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),一般放在串口初始化中
/**?
*?@brief????初始化尋找?guī)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?
*?@param????p_fine_frame:指向打包幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體變量?
*?@param????dst_buf:指向幀緩沖區(qū)?
*?@param????sfd:幀首標(biāo)志,一般為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 數(shù)據(jù)打包程序
/**?
*?@brief????尋找一幀數(shù)據(jù)??返回處理的數(shù)據(jù)個數(shù)?
*?@param????p_find_frame:指向打包幀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體變量?
*?@param????src_buf:指向串口接收的原始數(shù)據(jù)?
*?@param????data_len:src_buf本次串口接收到的原始數(shù)據(jù)個數(shù)?
*?@param????sum_len:幀緩存的最大長度?
*?@return???本次處理的數(shù)據(jù)個數(shù)?
*/??
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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