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高效,可靠,安全的串口通讯开源方案

发布人:xiaomaidashu时间:2022-06-22来源:工程师

大家好,我是小麦。

在嵌入式开发中,经常会用到串口通讯。面对不同应用场景,需要不同的方案。

今天我们来讲一下高效,可靠,安全的方案,记得看到最后,会有收获。

常见的有串口轮询模式,串口中断模式,串口DMA接收传输等等;

利用串口的空闲中断配合DMA的环形缓冲区模式,可以高效接收不固定长度的消息报文

下图中经过黄色的高电平时间空闲之后,就会产生一个空闲事件,IDLE EVENT

图片

空闲信号

因为DMA功能有HC和TC中断;

  • HC  (Harf Complete)DMA传输一半成功标志;
  • TC   (Total Complete)  DMA传输完成成功标志;

举个例子;

如下图所示,这里分配了一个DMA缓冲区,大小是12字节,如果从地址1开始接收,会出现以下这两种情况;

  • DMA接收到第6个字节的时候,会触发HC事件;
  • DMA接收到第12个字节的时候,会触发TC事件;

图片HC TC

这个思路其实我之前也有实践过,但是没有很好地利用HC和TC事件。

所以无法处理这种情况,即DMA缓冲区处于环形模式(Circular)的时候,数据覆盖的问题,最近看到了一个非常棒的开源项目,这里的思路非常不错,下面会详细介绍。

下面是DMA HC/DMA TC/Idle组合进行串口接收的细节,如下图所示;

图片来自原项目

再次简单介绍一下缩略词的含义;

  • R 读取;
  • W 写入;
  • I 空闲信号;
  • HT Half-Transfer complete DMA缓冲区半传输完成;
  • TC Transfer-Complete DMA缓冲区全部接收完成;

这里简单介绍一下情况E的解决方案,上面图片最右边小图;

  • 缓冲区大小20格,这里假设20字节,情况E需要接收30个字节,也就是说,10字节可能会被覆盖;

  • 经过前面的四次接收后,串口继续从字母R处接收数据至DMA缓冲区;

  • 接收4字节时,会触发TC事件,这时候可以将4字节数据处理;

    图片第一步
  • 因为是环形模式,所以回到第一个字节处,继续接收10字节,触发HT事件,这时候可以处理10字节数据;

    图片第二步
  • 第三步,继续接收10字节,触发TC事件,其中,已经有4字节被覆盖(下图橙色所示),因为之前这部分数据已经处理了,所以,即使覆盖也不影响;

    图片第三步
  • 第四步,上述已经接收了24个字节,所以还有6个字节没有接收,后面接收会产生空闲信号,并对之前的数据区域进行覆盖,如下图示所示;图片

所以,不难发现,如果只使用空闲中断,如果需要接收的数据长度大于缓冲区,就会出现数据覆盖的情况,而加上DMA的HT和TC中断,就完美解决了这样的问题;

当然除了这些,还有很多优秀的方案,这个项目提供大量的例子。

项目地址:https://github.com/MaJerle/stm32-usart-uart-dma-rx-tx

图片项目主页

目前这个项目主要支持主流的STM32芯片平台和一些开发板上的测试DEMO,具体如下所示;

图片支持平台

相应的例子程序如下所示,除了裸机程序,还有环形缓冲区接收,轮询接收,DMA+空闲中断基于RTOS的模式接收,挺丰富的,可以参考一下;

图片例子程序

作者在 STM32F413-Nucleo 开发板进行程序的测试,发现优化效果很不错;

在115200的串口波特率下,每秒发送1581个字节,大约142ms;

  • 不使用DMA,CPU负载14%;
  • 使用DMA,CPU负载0%;

最后,这个项目目前是基于STM32CubeIDE创建的,记得搭建一下环境。如果无法下载,公众号后台回复【高效串口】获取项目代码。

Enjoy  : )


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关键词: 串口通讯

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