串口传输阻塞应该如何解决

　　本文在探讨传统数据收发不足之后，介绍如何使用带 FIFO 的串口来减少接收中断次数，通过一种自定义通讯协议格式，给出帧打包方法；之后介绍一种特殊的串口数据发送方法，可在避免使用串口发送中断的情况下，提高系统的响应速度。

　　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越复杂，系统任务也越来越需要及时响应。绝大多数的现代单片机（ARM7、Cortex-M3）串口都带有一定数量的硬件 FIFO，本文将介绍如何使用硬件 FIFO 来减少接收中断次数，提高发送效率。在此之前，先来列举一下传统串口数据收发的不足之处：每接收一个字节数据，产生一次接收中断。不能有效的利用串口硬件 FIFO，减少中断次数。应答数据采用等待发送的方法。由于串行数据传输的时间远远跟不上 CPU 的处理时间，等待串口发送完当前字节再发送下一字节会造成 CPU 资源浪费，不利于系统整体响应（在 1200bps 下，发送一字节大约需要 10ms，如果一次发送几十个字节数据，CPU 会长时间处于等待状态）。应答数据采用中断发送。增加一个中断源，增加系统的中断次数，这会影响系统整体稳定性（从可靠性角度考虑，中断事件应越少越好）。针对上述的不足之处，将结合一个常用自定义通讯协议，提供一个完整的解决方案。

　　2. 串口 FIFO

　　串口 FIFO 可以理解为串口专用的缓存，该缓存采用先进先出方式。数据接收 FIFO 和数据发送 FIFO 通常是独立的两个硬件。串口接收的数据，先放入接收 FIFO 中，当 FIFO 中的数据达到触发值（通常触发值为 1、2、4、8、14 字节）或者 FIFO 中的数据虽然没有达到设定值但是一段时间（通常为 3.5 个字符传输时间）没有再接收到数据，则通知 CPU 产生接收中断；发送的数据要先写入发送 FIFO，只要发送 FIFO 未空，硬件会自动发送 FIFO 中的数据。写入发送 FIFO 的字节个数受 FIFO 最大深度影响，通常一次写入最多允许 16 字节。上述列举的数据跟具体的硬件有关，CPU 类型不同，特性也不尽相同，使用前应参考相应的数据手册。

　　3. 数据接收与打包

　　FIFO 可以缓存串口接收到的数据，因此我们可以利用 FIFO 来减少中断次数。以 NXP 的 lpc1778 芯片为例，接收 FIFO 的触发级别可以设置为 1、2、4、8、14 字节，推荐使用 8 字节或者 14 字节，这也是 PC 串口接收 FIFO 的默认值。这样，当接收到大量数据时，每 8 个字节或者 14 个字节才会产生一次中断（最后一次接收除外），相比接收一个字节即产生一个中断，这种方法串口接收中断次数大大减少。将接收 FIFO 设置为 8 或者 14 字节也十分简单，还是以 lpc1778 为例，只需要设置 UART FIFO 控制寄存器 UnFCR 即可。接收的数据要符合通讯协议规定，数据与协议是密不可分的。通常我们需要将接收到的数据根据协议打包成一帧，然后交由上层处理。下面介绍一个自定义的协议帧格式，并给出一个通用打包成帧的方法。