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一种串口高效收发思路及计划

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

1. 简介

串口由于运用简略,价格低廉,合作RS485芯片能够完结长距离、抗干扰能力强的局域网络而被广泛运用。跟着产品功用的增多,需求处理的使命也越来越杂乱,体系使命也越来越需求及时呼应。绝大多数的现代单片机(ARM7、Cortex-M3)串口都带有必定数量的硬件FIFO,本文将介绍怎么运用硬件FIFO来削减接纳中止次数,进步发送功率。在此之前,先来罗列一下传统串口数据收发的不足之处:

每接纳一个字节数据,发生一次接纳中止。不能有用的运用串口硬件FIFO,削减中止次数。

应对数据选用等候发送的办法。由于串行数据传输的时刻远远跟不上CPU的处理时刻,等候串口发送完当时字节再发送下一字节会形成CPU资源糟蹋,不利于体系全体呼应(在1200bps下,发送一字节大约需求10ms,假如一次发送几十个字节数据,CPU会长时刻处于等候状况)。

应对数据选用中止发送。添加一个中止源,添加体系的中止次数,这会影响体系全体稳定性(从可靠性视点考虑,中止事情应越少越好)。

针对上述的不足之处,将结合一个常用自界说通讯协议,供给一个完好的解决方案。

2. 串口FIFO

串口FIFO能够理解为串口专用的缓存,该缓存选用先进先出办法。数据接纳FIFO和数据发送FIFO一般是独立的两个硬件。串口接纳的数据,先放入接纳FIFO中,当FIFO中的数据到达触发值(一般触发值为1、2、4、8、14字节)或许FIFO中的数据尽管没有到达设定值可是一段时刻(一般为3.5个字符传输时刻)没有再接纳到数据,则告诉CPU发生接纳中止;发送的数据要先写入发送FIFO,只需发送FIFO未空,硬件会主动发送FIFO中的数据。写入发送FIFO的字节个数受FIFO最大深度影响,一般一次写入最多答应16字节。上述罗列的数据跟详细的硬件有关,CPU类型不同,特性也不尽相同,运用前应参阅相应的数据手册。

3. 数据接纳与打包

FIFO能够缓存串口接纳到的数据,因而咱们能够运用FIFO来削减中止次数。以NXP的lpc1778芯片为例,接纳FIFO的触发等级能够设置为1、2、4、8、14字节,引荐运用8字节或许14字节,这也是PC串口接纳FIFO的默认值。这样,当接纳到很多数据时,每8个字节或许14个字节才会发生一次中止(最终一次接纳在外),比较接纳一个字节即发生一个中止,这种办法串口接纳中止次数大大削减。

将接纳FIFO设置为8或许14字节也非常简略,还是以lpc1778为例,只需求设置UART FIFO操控寄存器UnFCR即可。

接纳的数据要契合通讯协议规则,数据与协议是密不可分的。一般咱们需求将接纳到的数据依据协议打包成一帧,然后交由上层处理。下面介绍一个自界说的协议帧格局,并给出一个通用打包成帧的办法。

自界说协议格局如图3-1所示。

图3-1 公司常用通讯协议格局

帧首:一般是3~5个0xFF或许0xEE

地址号:要进行通讯的设备的地址编号,1字节

指令号:对应不同的功用,1字节

长度:数据区域的字节个数,1字节

数据:与详细的指令号有关,数据区长度能够为0,整个帧的长度不该超越256字节

校验:异或和校验(1字节)或许CRC16校验(2字节),本例运用CRC16校验

下面介绍怎么将接纳到的数据依照图3-1所示的格局打包成一帧。

3.1 界说数据结构

1. typedef struct {

2. uint8_t * dst_buf; //指向接纳缓存

3. uint8_t sfd; //帧首标志,为0xFF或许0xEE

4. uint8_t sfd_flag; //找到帧首,一般是3~5个FF或EE

5. uint8_t sfd_count; //帧首的个数,一般3~5个

6. uint8_t received_len; //现已接纳的字节数

7. uint8_t find_fram_flag; //找到完好帧后,置1

8. uint8_t frame_len; //本帧数据总长度,这个区域是可选的

9. }find_frame_struct;

3.2 初始化数据结构,一般放在串口初始化中

1. /**

2. * @brief 初始化寻觅帧的数据结构

3. * @param p_fine_frame:指向打包帧数据结构体变量

4. * @param dst_buf:指向帧缓冲区

5. * @param sfd:帧首标志,一般为0xFF或许0xEE

6. */

7. void init_find_frame_struct(find_frame_struct * p_find_frame,uint8_t *dst_buf,uint8_t sfd)

8. {

9. p_find_frame->dst_buf=dst_buf;

10. p_find_frame->sfd=sfd;

11. p_find_frame->find_fram_flag=0;

12. p_find_frame->frame_len=10;

13. p_find_frame->received_len=0;

14. p_find_frame->sfd_count=0;

15. p_find_frame->sfd_flag=0;

16. }

3.3 数据打包程序

1. /**

2. * @brief 寻觅一帧数据 回来处理的数据个数

3. * @param p_find_frame:指向打包帧数据结构体变量

4. * @param src_buf:指向串口接纳的原始数据

5. * @param data_len:src_buf本次串口接纳到的原始数据个数

6. * @param sum_len:帧缓存的最大长度

7. * @return 本次处理的数据个数

8. */

9. uint32_t find_one_frame(find_frame_struct * p_find_frame,const uint8_t * src_buf,uint32_t data_len,uint32_t sum_len)

10. {

11. uint32_t src_len=0;

12.

13. while(data_len–)

14. {

15. if(p_find_frame ->sfd_flag==0)

16. { //没有找到开始帧首

17. if(src_buf[src_len++]==p_find_frame ->sfd)

18. {

19. p_find_frame ->dst_buf[p_find_frame ->received_len++]=p_find_frame ->sfd;

20. if(++p_find_frame ->sfd_count==5)

21. {

22. p_find_frame ->sfd_flag=1;

23. p_find_frame ->sfd_count=0;

24. p_find_frame ->frame_len=10;

25. }

26. }

27. else

28. {

29. p_find_frame ->sfd_count=0;

30. p_find_frame ->received_len=0;

31. }

32. }

33. else

34. { //是否是长度字节? Y->获取这帧的数据长度

35. if(7==p_find_frame ->received_len)

36. {

37. p_find_frame->frame_len=src_buf[src_len]+5+1+1+1+2; //帧首+地址号+指令号+数据长度+校验

38.

39. if(p_find_frame->frame_len>=sum_len)

40. { //这儿处理办法依据详细运用不必定相同

41. MY_DEBUGF(SLAVE_DEBUG,(数据长度超出缓存!n));

42. p_find_frame->frame_len= sum_len;

43. }

44. }

45.

46. p_find_frame ->dst_buf[p_find_frame->received_len++]=src_buf[src_len++];

47.

48. if(p_find_frame ->received_len==p_find_frame ->frame_len)

49. {

50. p_find_frame ->received_len=0; //一帧完结

51. p_find_frame ->sfd_flag=0;

52. p_find_frame ->find_fram_flag=1;

53.

54. return src_len;

55. }

56. }

57. }

58. p_find_frame ->find_fram_flag=0;

59. return src_len;

60. }

运用比如:

界说数据结构体变量:

find_frame_structslave_find_frame_srt;

界说接纳数据缓冲区:

#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:

init_find_frame_struct(slave_find_frame_srt,slave_rec_buf,0xEE);

在串口接纳中止中调用数据打包函数:

find_one_frame(slave_find_frame_srt,tmp_rec_buf,data_len,SLAVE_REC_DATA_LEN);

其间,rec_buf是串口接纳暂时缓冲区,data_len是本次接纳的数据长度。

4. 数据发送

前文说到,传统的等候发送办法会糟蹋CPU资源,而中止发送办法尽管不会形成CPU资源糟蹋,但又添加了一个中止源。在咱们的运用中发现,守时器中止是简直每个运用都会运用的,咱们能够运用守时器中止以及硬件FIFO来进行数据发送,经过合理规划后,这样的发送办法即不会形成CPU资源糟蹋,也不会多添加中止源和中止事情。

需求提早阐明的是,这个办法并不是对一切运用都适宜,关于那些没有开守时器中止的运用本办法当然是不支持的,别的假如守时器中止距离较长而通讯波特率又特别高的话,本办法也不太适用。公司现在运用的通讯波特率一般比较小(1200bps、2400bps),在这些波特率下,守时器距离为10ms以下(含10ms)就能满意。假如守时器距离为1ms以下(含1ms),是能够运用115200bps的。

本办法首要思维是:守时器中止触发后,判别是否有数据要发送,假如有数据要发送而且满意发送条件,则将数据放入发送FIFO中,关于lpc1778来说,一次最多能够放16字节数据。之后硬件会主动发动发送,无需CPU参加。

下面介绍怎么运用守时器发送数据,硬件载体为RS485。由于发送需求操作串口寄存器以及RS485方向操控引脚,需跟硬件密切相关,以下代码运用的硬件为lpc1778,但思维是通用的。

4.1 界说数据结构

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; //当时现已发送的数据长度

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 守时处理函数

1. /**

2. * @brief 守时发送函数,在守时器中止中调用,不运用发送中止的情况下削减发送等候

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 (0x016)) //发送为空

14. {

15. if(p->send_flag==FARME_SEND_FALG)

16. {

17. RS485ClrDE; // 置485为发送状况

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 23. {

24. UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];

25. }

26. }

27. else

28. {

29. for(i=0;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. }

其间,RS485ClrDE为宏界说,设置RS485为发送形式;RS485SetDE也为宏界说,设置RS485为接纳形式。

运用比如:

界说数据结构体变量:

uart_send_struct uart0_send_str;

界说发送缓冲区:

uint8_t uart0_send_buf[UART0_SEND_LEN];

依据运用的硬件串口,对守时处理函数做二次封装:

void uart0_send_data(void)

{

uart_send_com(LPC_UART0,uart0_send_str);

}

将封装函数uart0_send_data();放入守时器中止处理函数中;

在需求发送数据的当地,设置串口帧发送结构体变量:

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

本文首要评论了一种高效的串口数据收发办法,并给出了详细的代码完结。在当时处理器使命不断添加的情况下,供给了一个占用资源少,可进步体系全体功能的新的思路。

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