一種串口高效收發(fā)思路及方案

• 幀首：通常是3~5個0xFF或者0xEE
• 地址號：要進(jìn)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;  
       
     while(data_len--)  
     {  
         if(p_find_frame ->sfd_flag==0)                        
         {   //沒有找到起始幀首  
             if(src_buf[src_len++]==p_find_frame ->sfd)  
             {  
                 p_find_frame ->dst_buf[p_find_frame ->received_len++]=p_find_frame ->sfd;  
                 if(++p_find_frame ->sfd_count==5)          
                 {  
                     p_find_frame ->sfd_flag=1;  
                     p_find_frame ->sfd_count=0;  
                     p_find_frame ->frame_len=10;  
                 }  
             }  
             else  
             {  
                 p_find_frame ->sfd_count=0;   
                 p_find_frame ->received_len=0;   
             }  
         }  
         else   
         {   //是否是"長度"字節(jié)? Y->獲取這幀的數(shù)據(jù)長度  
             if(7==p_find_frame ->received_len)                
             {  
            p_find_frame->frame_len=src_buf[src_len]+5+1+1+1+2; //幀首+地址號+命令號+數(shù)據(jù)長度+校驗  
                   
                 if(p_find_frame->frame_len>=sum_len)  
                 {   //這里處理方法根據(jù)具體應(yīng)用不一定相同  
                     MY_DEBUGF(SLAVE_DEBUG,("數(shù)據(jù)長度超出緩存!\n"));  
                     p_find_frame->frame_len= sum_len;       
                 }  
             }  
               
             p_find_frame ->dst_buf[p_find_frame->received_len++]=src_buf[src_len++];  
               
             if(p_find_frame ->received_len==p_find_frame ->frame_len)                  
             {  
                 p_find_frame ->received_len=0;              //一幀完成    
                 p_find_frame ->sfd_flag=0;  
                 p_find_frame ->find_fram_flag=1;   
                      
                 return src_len;  
             }  
         }  
     }  
     p_find_frame ->find_fram_flag=0;  
     return src_len;  
} 

使用例子：

定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體變量：

find_frame_structslave_find_frame_srt;

定義接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)：

#define SLAVE_REC_DATA_LEN  128
uint8_t slave_rec_buf[SLAVE_REC_DATA_LEN];

在串口初始化中調(diào)用結(jié)構(gòu)體變量初始化函數(shù)：

init_find_frame_struct(&slave_find_frame_srt,slave_rec_buf,0xEE);

在串口接收中斷中調(diào)用數(shù)據(jù)打包函數(shù)：

find_one_frame(&slave_find_frame_srt,tmp_rec_buf,data_len,SLAVE_REC_DATA_LEN);

其中，rec_buf是串口接收臨時緩沖區(qū)，data_len是本次接收的數(shù)據(jù)長度。

4.數(shù)據(jù)發(fā)送

前文提到，傳統(tǒng)的等待發(fā)送方式會浪費CPU資源，而中斷發(fā)送方式雖然不會造成CPU資源浪費，但又增加了一個中斷源。在我們的使用中發(fā)現(xiàn)，定時器中斷是幾乎每個應(yīng)用都會使用的，我們可以利用定時器中斷以及硬件FIFO來進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，通過合理設(shè)計后，這樣的發(fā)送方法即不會造成CPU資源浪費，也不會多增加中斷源和中斷事件。

需要提前說明的是，這個方法并不是對所有應(yīng)用都合適，對于那些沒有開定時器中斷的應(yīng)用本方法當(dāng)然是不支持的，另外如果定時器中斷間隔較長而通訊波特率又特別高的話，本方法也不太適用。公司目前使用的通訊波特率一般比較?。?200bps、2400bps），在這些波特率下，定時器間隔為10ms以下（含10ms）就能滿足。如果定時器間隔為1ms以下（含1ms），是可以使用115200bps的。

本方法主要思想是：定時器中斷觸發(fā)后，判斷是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，如果有數(shù)據(jù)要發(fā)送并且滿足發(fā)送條件，則將數(shù)據(jù)放入發(fā)送FIFO中，對于lpc1778來說，一次最多可以放16字節(jié)數(shù)據(jù)。之后硬件會自動啟動發(fā)送，無需CPU參與。

下面介紹如何使用定時器發(fā)送數(shù)據(jù)，硬件載體為RS485。因為發(fā)送需要操作串口寄存器以及RS485方向控制引腳，需跟硬件密切相關(guān)，以下代碼使用的硬件為lpc1778，但思想是通用的。

4.1 定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

/*串口幀發(fā)送結(jié)構(gòu)體*/  
typedef struct {  
      uint16_t send_sum_len;          //要發(fā)送的幀數(shù)據(jù)長度  
      uint8_t  send_cur_len;          //當(dāng)前已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)長度  
      uint8_t  send_flag;             //是否發(fā)送標(biāo)志  
      uint8_t * send_data;            //指向要發(fā)送的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)  
}uart_send_struct;  

4.2 定時處理函數(shù)

/** 
* @brief    定時發(fā)送函數(shù),在定時器中斷中調(diào)用,不使用發(fā)送中斷的情況下減少發(fā)送等待 
* @param    UARTx:指向硬件串口寄存器基地址 
* @param    p:指向串口幀發(fā)送結(jié)構(gòu)體變量 
*/  
#define FARME_SEND_FALG 0x5A          
#define SEND_DATA_NUM   12  
static void uart_send_com(LPC_UART_TypeDef *UARTx,uart_send_struct *p)  
{  
     uint32_t i;  
     uint32_t tmp32;  
       
     if(UARTx->LSR &(0x01<<6))                      //發(fā)送為空  
     {         
         if(p->send_flag==FARME_SEND_FALG)  
         {                          
             RS485ClrDE;                             // 置485為發(fā)送狀態(tài)  
               
             tmp32=p->send_sum_len-p->send_cur_len;  
             if(tmp32>SEND_DATA_NUM)                 //向發(fā)送FIFO填充字節(jié)數(shù)據(jù)  
             {  
                 for(i=0;i<SEND_DATA_NUM;i++)  
                 {  
                     UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];  
                 }  
             }  
             else  
             {  
                 for(i=0;i<tmp32;i++)  
                 {  
                     UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];  
                 }  
                 p->send_flag=0;                      
             }  
         }  
         else  
         {  
             RS485SetDE;  
         }  
     }  
}  

其中，RS485ClrDE為宏定義，設(shè)置RS485為發(fā)送模式；RS485SetDE也為宏定義，設(shè)置RS485為接收模式。

使用例子：

定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體變量：

uart_send_struct uart0_send_str;

定義發(fā)送緩沖區(qū)：

uint8_t uart0_send_buf[UART0_SEND_LEN];

根據(jù)使用的硬件串口，對定時處理函數(shù)做二次封裝：

void uart0_send_data(void)
{
   uart_send_com(LPC_UART0,&uart0_send_str);
}

將封裝函數(shù)uart0_send_data();放入定時器中斷處理函數(shù)中；

在需要發(fā)送數(shù)據(jù)的地方，設(shè)置串口幀發(fā)送結(jié)構(gòu)體變量：

uart0_send_str.send_sum_len=data_len;       //data_len為要發(fā)送的數(shù)據(jù)長度
uart0_send_str.send_cur_len=0;              //固定為0
uart0_send_str.send_data=uart0_send_buf;    //綁定發(fā)送緩沖區(qū)
uart0_send_str.send_flag=FARME_SEND_FALG;   //設(shè)置發(fā)送標(biāo)志

5.總結(jié)

本文主要討論了一種高效的串口數(shù)據(jù)收發(fā)方法，并給出了具體的代碼實現(xiàn)。在當(dāng)前處理器任務(wù)不斷增加的情況下，提供了一個占用資源少，可提高系統(tǒng)整體性能的新的思路。

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