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。
