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串口传输阻塞应该如何解决

消耗积分:0 | 格式:pdf | 大小:0.13 MB | 2020-11-25

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  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。

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