嵌入式經(jīng)常用到串口，如何判斷串口數(shù)據(jù)接收完成？

工程師進階筆記 · 發(fā)表于 2024-12-1 17:50:00

我是老溫，一名熱愛學習的嵌入式工程師
關(guān)注我，一起變得更加優(yōu)秀！說起通信，首先想到的肯定是串口，日常中232和485的使用比比皆是，數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收是串口通信最基礎(chǔ)的內(nèi)容。這篇文章主要討論串口接收數(shù)據(jù)的斷幀操作�？臻e中斷斷幀一些mcu（如：stm32f103）在出廠時就已經(jīng)在串口中封裝好了一種中斷——空閑幀中斷，用戶可以通過獲取該中斷標志位來判斷數(shù)據(jù)是否接收完成，中斷標志在中斷服務(wù)函數(shù)中獲取，使用起來相對簡單。void UART4_IRQHandler(void)
{
uint8_t data = 0;
data = data;
if(USART_GetITStatus(LoraUSARTx, USART_IT_RXNE) == SET)
{
      USART_ClearITPendingBit(LoraUSARTx, USART_IT_RXNE);
      if(Lora_RecvData.Rx_over == 0)
         Lora_RecvData.RxBuf[Lora_RecvData.Rx_count++] = LoraUSARTx->DR;
}
if(USART_GetITStatus(LoraUSARTx, USART_IT_IDLE) == SET)
{
      data = LoraUSARTx->SR;
      data = LoraUSARTx->DR;

      Lora_RecvData.Rx_over = 1; //接收完成
}
}例程中，當接收完成標志 Lora_RecvData.Rx_over 為1時，就可以獲取 uart4 接收到的一幀數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)存放在 Lora_RecvData.RxBuf 中。
超時斷幀空閑幀中斷的使用固然方便，但是并不是每個mcu都有這種中斷存在（只有個別高端mcu才有），那么這個時候就可以考慮使用超時斷幀了。
Modbus協(xié)議中規(guī)定一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束標志為3.5個字符時長，那么同樣的可以把這種斷幀方式類比到串口的接收上，這種方法需要搭配定時器使用。
其作用原理就是：串口進一次接收中斷，就打開定時器超時中斷，同時裝載值清零（具體的裝載值可以自行定義），只要觸發(fā)了定時器的超時中斷，說明在用戶規(guī)定的時間間隔內(nèi)串口接收中斷里沒有新的數(shù)據(jù)進來，可以認為數(shù)據(jù)接收完成。
uint16_t Time3_CntValue = 0;//計數(shù)器初值

/*******************************************************************************
* TIM3中斷服務(wù)函數(shù)
******************************************************************************/
void Tim3_IRQHandler(void)
{
if(TRUE == Tim3_GetIntFlag(Tim3UevIrq))
{
      Tim3_M0_Stop(); //關(guān)閉定時器3
      Uart0_Rec_Count = 0;//接收計數(shù)清零
      Uart0_Rec_Flag = 1; //接收完成標志
      Tim3_ClearIntFlag(Tim3UevIrq); //清除定時器中斷
}
}

void Time3_Init(uint16_t Frame_Spacing)
{
uint16_t u16ArrValue;//自動重載值
uint32_t u32PclkValue;//PCLK頻率

stc_tim3_mode0_cfg_t    stcTim3BaseCfg;

//結(jié)構(gòu)體初始化清零
DDL_ZERO_STRUCT(stcTim3BaseCfg);

Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralTim3, TRUE); //Base Timer外設(shè)時鐘使能

stcTim3BaseCfg.enWorkMode = Tim3WorkMode0;             //定時器模式
stcTim3BaseCfg.enCT    = Tim3Timer;                //定時器功能，計數(shù)時鐘為內(nèi)部PCLK
stcTim3BaseCfg.enPRS    = Tim3PCLKDiv1;             //不分頻
stcTim3BaseCfg.enCntMode  = Tim316bitArrMode;          //自動重載16位計數(shù)器/定時器
stcTim3BaseCfg.bEnTog    = FALSE;
stcTim3BaseCfg.bEnGate = FALSE;
stcTim3BaseCfg.enGateP = Tim3GatePositive;

Tim3_Mode0_Init(&stcTim3BaseCfg);          //TIM3 的模式0功能初始化

u32PclkValue = Sysctrl_GetPClkFreq();       //獲取Pclk的值
//u16ArrValue = 65535-(u32PclkValue/1000);    //1ms測試
u16ArrValue = 65536 - (uint16_t)((float)(Frame_Spacing*10)/RS485_BAUDRATE*u32PclkValue);//根據(jù)幀間隔計算超時時間
Time3_CntValue = u16ArrValue;          //計數(shù)初值
Tim3_M0_ARRSet(u16ArrValue);             //設(shè)置重載值
Tim3_M0_Cnt16Set(u16ArrValue);          //設(shè)置計數(shù)初值

Tim3_ClearIntFlag(Tim3UevIrq);          //清中斷標志
Tim3_Mode0_EnableIrq();                //使能TIM3中斷(模式0時只有一個中斷)
EnableNvic(TIM3_IRQn, IrqLevel3, TRUE); //TIM3 開中斷
}

/**************************此處省略串口初始化部分************************/
//串口0中斷服務(wù)函數(shù)
void Uart0_IRQHandler(void)
{
uint8_t rec_data=0;

if(Uart_GetStatus(M0P_UART0, UartRC))
{
      Uart_ClrStatus(M0P_UART0, UartRC);
      rec_data = Uart_ReceiveData(M0P_UART0);
      if(Uart0_Rec_Count[U]//幀長度
      {
         Uart0_Rec_Buffer[Uart0_Rec_Count++] = rec_data;
      }
      Tim3_M0_Cnt16Set(Time3_CntValue);//設(shè)置計數(shù)初值
      Tim3_M0_Run(); //開啟定時器3 超時即認為一幀接收完成
}
}例程所用的是華大的hc32l130系列mcu，其它類型的mcu也可以參考這種寫法。其中超時時間的計算尤其要注意數(shù)據(jù)類型的問題，u16ArrValue = 65536 - (uint16_t)((float)(Frame_Spacing * 10)/RS485_BAUDRATE * u32PclkValue);其中Frame_Spacing為用戶設(shè)置的字符個數(shù)，uart模式為一個“1+8+1”共10bits。
狀態(tài)機斷幀狀態(tài)機，狀態(tài)機，又是狀態(tài)機，沒辦法！誰讓它使用起來方便呢？其實這種方法我用的也不多，但是狀態(tài)機的思想還是要有的，很多邏輯用狀態(tài)機梳理起來會更加的清晰。
相對于超時斷幀，狀態(tài)機斷幀的方法節(jié)約了一個定時器資源，一般的mcu外設(shè)資源是足夠的，但是做一些資源冗余也未嘗不是一件好事，萬一呢？對吧。
//狀態(tài)機斷幀
void UART_IRQHandler(void)  //作為485的接收中斷
{
uint8_t count = 0;
unsigned char lRecDat = 0;

if(/*觸發(fā)接收中斷標志*/)
{
      //清中斷狀態(tài)位
      rec_timeout = 5;
      if((count == 0)) //接收數(shù)據(jù)頭，長度可以自定義
      {
         RUart0485_DataC[count++] = /*串口接收到的數(shù)據(jù)*/;
         gRecStartFlag = 1;
         return;
      }
      if(gRecStartFlag == 1)
      {
         RUart0485_DataC[count++] = /*串口接收到的數(shù)據(jù)*/;

         if(count > MAXLEN) //一幀數(shù)據(jù)接收完成
         {
            count=0;
            gRecStartFlag = 0;

            if(RUart0485_DataC[MAXLEN]==CRC16(RUart0485_DataC,MAXLEN))
            {
                  memcpy(&gRecFinshData,RUart0485_DataC,13);
                  gRcvFlag = 1; //接收完成標志位
            }
         }
      }
      return;
}
return ;
}這種做法適合用在一直有數(shù)據(jù)接收的場合，每次接收完一幀有效數(shù)據(jù)后就把數(shù)據(jù)放到緩沖區(qū)中去解析，同時還不影響下一幀數(shù)據(jù)的接收。
整個接收狀態(tài)分為兩個狀態(tài)——接收數(shù)據(jù)頭和接收數(shù)據(jù)塊，如果一幀數(shù)據(jù)存在多個部分的話還可以在此基礎(chǔ)上再增加幾種狀態(tài)，這樣不僅可以提高數(shù)據(jù)接收的實時性，還能夠隨時看到數(shù)據(jù)接收到哪一部分，還是比較實用的。
"狀態(tài)機+FIFO"斷幀記得剛畢業(yè)面試的時候，面試官還問過我一個問題：如果串口有大量數(shù)據(jù)要接收，同時又沒有空閑幀中斷你會怎么做？
沒錯，就是FIFO（當時并沒有回答上來，因為沒用過），說白了就是開辟一個緩沖區(qū)，每次接收到的數(shù)據(jù)都放到這個緩沖區(qū)里，同時記錄數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)中的位置，當數(shù)據(jù)到達要求的長度的時候再把數(shù)據(jù)取出來，然后放到狀態(tài)機中去解析。當然FIFO的使用場合有很多，很多數(shù)據(jù)處理都可以用FIFO去做，有興趣的可以多去了解一下。/********************串口初始化省略，華大mcu hc32l130******************/
void Uart1_IRQHandler(void)
{
uint8_t data;
if(Uart_GetStatus(M0P_UART1, UartRC))    //UART0數(shù)據(jù)接收
{
      Uart_ClrStatus(M0P_UART1, UartRC); //清中斷狀態(tài)位
      data = Uart_ReceiveData(M0P_UART1); //接收數(shù)據(jù)字節(jié)
      comFIFO(&data,1);
}
}

/******************************FIFO*******************************/
volatile uint8_t    fifodata[FIFOLEN],fifoempty,fifofull;
volatile uint8_t    uart_datatemp=0;

uint8_t comFIFO(uint8_t *data,uint8_t cmd)
{
static uint8_t rpos=0;  //當前寫的位置 position 0--99
static uint8_t wpos=0; //當前讀的位置

if(cmd==0) //寫數(shù)據(jù)
{
      if(fifoempty!=0)    //1 表示有數(shù)據(jù) 不為空，0表示空
      {
         *data=fifodata[rpos];
         fifofull=0;
         rpos++;
         if(rpos==FIFOLEN)
            rpos=0;
         if(rpos==wpos)
            fifoempty=0;
         return 0x01;
      }
      else
         return 0x00;

}
else if(cmd==1) //讀數(shù)據(jù)
{
      if(fifofull==0)
      {
         fifodata[wpos]=*data;
         fifoempty=1;
         wpos++;
         if(wpos==FIFOLEN)
            wpos=0;
         if(wpos==rpos)
            fifofull=1;
         return 0x01;
      } else
         return 0x00;
}
return 0x02;
}

/********************************狀態(tài)機處理*******************************/
void LoopFor485ReadCom(void)
{
uint8_t data;

while(comFIFO(&data,0)==0x01)
{
      if(rEadFlag==SAVE_HEADER_STATUS) //讀取頭
      {
         if(data==Header_H)
         {
            buffread[0]=data;
            continue;
         }
         if(data==Header_L)
         {
            buffread[1]=data;
            if(buffread[0]==Header_H)
            {
                  rEadFlag=SAVE_DATA_STATUS;
            }
         }
         else
         {
            memset(buffread,0,Length_Data);
         }
      }
      else if(rEadFlag==SAVE_DATA_STATUS)  //讀取數(shù)據(jù)
      {
         buffread[i485+2]=data;
         i485++;
         if(i485==(Length_Data-2)) //數(shù)據(jù)幀除去頭
         {
            unsigned short crc16=CRC16_MODBUS(buffread,Length_Data-2);
            if((buffread[Length_Data-2]==(crc16>>8))&&(buffread[Length_Data-1]==(crc16&0xff)))
            {
                  rEadFlag=SAVE_OVER_STATUS;
                  memcpy(&cmddata,buffread,Length_Data);  //拷貝Length_Struct個字節(jié)，完整的結(jié)構(gòu)體
            }
            else
            {
                  rEadFlag=SAVE_HEADER_STATUS;
            }

            memset(buffread,0,Length_Data);
            i485=0;
            break;
         }
      }
}
}原文：https://blog.csdn.net/qq_56527127/article/details/123018515