嵌入式开发之UART串口通信解析

UART串口是嵌入式开发常见的一种通信方式，但还是有不少人不知道怎么使用串口。

今天就来围绕串口，简单分享几点内容：

串口接收方式

处理接收数据

通信协议解析

串口接收方式

串口接收（通信另一端）的数据，常见的方式：

轮询（查询）接收寄存器

中断接收数据

轮询，就是间隔一定时间（一般ms，甚至us）去查询一下接收寄存器是否有数据，如果有数据，就处理接收到的数据。

中断，平时没有数据接收时，CPU干自己的事。当有接收数据时，UART串口控制器会响应中断，通知CPU有事干了。

轮询方式，大家想过有哪些弊端吗？

效率低：CPU大部分时间都是去做查询的工作；

响应不实时：如果短时间内有多个接收数据，CPU正在处理一件相对耗时的事情（比如：发送一个数据包），没来得及查询接收到的数据，此时，数据就可能丢失。（特别是早些年串口没有FIFO功能的时候）

所以，不管是UART串口，还是I2C、 SPI、 CAN等串行通信，用的最多，最常见的还是中断接收，很少有用轮询的方式。

我之前维护一个老代码（坑），CLI串口用轮询方式，出现丢数据、溢出错误等众多问题，让我还加了好几个班。。。

处理接收数据

中断有数据来了，大家怎么处理接收到的数据？

我见过有些小项目，直接在中断函数里面做一些应用的情况。比如：串口中断接收一个传感器发过来的数据，显示数据并做一些响应的动作。

中断函数，代码能少尽少，耗时能少尽少，不能处理太多耗时的复杂的逻辑、应用等。

中断有数据来了，一般是通过FIFO方式处理。

1.简单的数组接收、应用解析并处理

比如：

static uint8_t gRxCnt = 0;
static uint8_t gRxBuf[10];


void USART1_IRQHandler(void)
{
  //...
  gDgus_RxBuf[gRxCnt] = (uint8_t)USART_ReceiveData(USART1);
  gRxCnt++;
  //...
  
}


void App(void)
{
  //...
  if(0 < gRxCnt)
  {
    //拷贝接收到的数据
    gRxCnt = 0;
    //解析接收数据并处理
  }
}

2.中断函数接收一帧完整数据再处理

比如：

void USART1_IRQHandler(void)
{
  static uint8_t RxCnt = 0;                      //计数值
  static uint8_t RxNum = 0;                      //数量


  if((USART1->SR & USART_FLAG_RXNE) == USART_FLAG_RXNE)
  {
    gDgus_RxBuf[RxCnt] = (uint8_t)USART_ReceiveData(USART1);
    RxCnt++;


    /* 判断帧头 */
    if(gDgus_RxBuf[0] != DGUS_FRAME_HEAD1)       //接收到帧头1
    {
      RxCnt = 0;
      return;
    }
    if((2 == RxCnt) && (gDgus_RxBuf[1] != DGUS_FRAME_HEAD2))
    {
      RxCnt = 0;
      return;
    }


    /* 确定一帧数据长度 */
    if(RxCnt == 3)
    {
      RxNum = gDgus_RxBuf[2] + 3;
    }


    /* 接收完一帧数据 */
    if((6 <= RxCnt) && (RxNum <= RxCnt))
    {
      RxCnt = 0;
      OSMboxPost(EventMBox_Touch, gDgus_RxBuf);  //发送消息邮箱(执行触控操作)
    }
  }
}

中断函数解析完一帧数据，可以通过标志位通知应用（裸机时），也可以通过消息队列、邮箱等方式发送到应用（RTOS时）。

3.RTOS队列、邮箱接收

比如：

void DEBUG_COM_IRQHandler(void)
{
  static uint8_t Data;


  if(USART_GetITStatus(DEBUG_COM, USART_IT_RXNE) != RESET)
  {
    Data = USART_ReceiveData(DEBUG_COM);
    CLI_RcvDateFromISR(Data); //下面把这个函数分离出来了
  }
}


void CLI_RcvDateFromISR(uint8_t RcvData)
{
  static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;


  if(xCLIRcvQueue != NULL)
  {
    xQueueSendFromISR(xCLIRcvQueue, &RcvData, &xHigherPriorityTaskWoken);
  }
}

中断来一字节数据，就通过消息队列发送一个字节数据，如果没有及时出来这个数据，也是存储在队列中。

通信协议解析

像上面第2种，简单通信协议，项目相对较小的情况下，可以直接在中断函数里面处理。

但是，如果项目相对较大、复杂一点，协议也先对复杂一点，上面第2种在函数内部出来方式就不可取。

1.裸机环境

裸机的情况下，建议用第一种：中断数组缓存数据（FIFO），应用解析通信协议。

2.RTOS环境

RTOS情况下，建议用第三种方式：消息队列、邮箱等方式接收数据，然后发送（通知）应用解析协议。

当然，以上说的都只是常见的方式，具体还需要结合你项目实际情况。

同时，其它类似I2C、CAN等通信，如有协议解析，也是类似。

比如之前给大家分享的MavLink，我就用CAN实现过：

void CAN_RX_IRQHandler(void)
{
  static CanRxMsg RxMessage;
  static MAVRCV_QUEUE_TypeDef MAVRcvQueue_Union;


  CAN_Receive(CAN1, CAN_FIFO0, &RxMessage);
                                                 //拷贝长度、 数据
  MAVRcvQueue_Union.MAVRcvStruct.MAVLink_Len = RxMessage.DLC;
  memcpy(&MAVRcvQueue_Union.MAVRcvStruct.MAVLink_Buf[0], &RxMessage.Data[0], RxMessage.DLC);


  MAVLink_RcvDateFromISR(&MAVRcvQueue_Union.MAVLinkRcv_Queue[0]);
}

最后，以上内容，仅提供思路，代码不一定适合项目。

编辑：黄飞