如何排查串口通信問(wèn)題？

來(lái)源：公眾號(hào)【魚鷹談單片機(jī)】

作者：魚鷹Osprey

ID ：emOsprey

工作過(guò)程中，總是會(huì)遇到各種各樣的通信問(wèn)題，除了掌握軟件知識(shí)，必要的硬件技能也必不可少，比如萬(wàn)用表、示波器、邏輯分析儀等，如此才能做到精準(zhǔn)定位，早點(diǎn)打卡下班~~

魚鷹根據(jù)個(gè)人多年的嵌入式開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在此斗膽總結(jié)一番，希望可以給一些新人提供排查方向。

在此，以串口通信為例，介紹排查步驟或方向：

紅色代表可能出錯(cuò)的位置

1、示波器看波形

通信，不管是單向通信還是雙向通信，必然存在兩個(gè)器件，所以我們需要重點(diǎn)關(guān)注這兩個(gè)，而兩者之間必然存在物理連接--導(dǎo)線（無(wú)線除外），遇到通信問(wèn)題，應(yīng)該首先保證導(dǎo)線連接正常、電壓正常，如果這一點(diǎn)都沒有確定，直接跳過(guò)該步驟，很大可能做無(wú)用功，查來(lái)查去，最終可能查了一個(gè)寂寞。

串口雙向通信，一般會(huì)設(shè)計(jì)成主從方式，即一個(gè)主器件通過(guò)雙方約定好的協(xié)議主動(dòng)向從機(jī)發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，并且從機(jī)永遠(yuǎn)是被動(dòng)應(yīng)答。這樣保證在多從機(jī)通信的情況下，不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)亂的情況（如果多個(gè)從機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，可能造成交通擁堵，畢竟一個(gè)方向只有一條道）。

這種情況下，可以讓主機(jī)定時(shí)發(fā)送固定數(shù)據(jù)幀（比如版本查詢，這樣可以減少變量），通過(guò)查看示波器來(lái)確定從機(jī)是否有返回?cái)?shù)據(jù)。

如此，我們可以確定兩個(gè)問(wèn)題：

1、觀察主機(jī)發(fā)送引腳波形是否正常（串口平時(shí)一般為高電平，發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)才會(huì)變化）、同時(shí)需要確定電壓是否正常、波特率可看可不看、具體傳輸數(shù)據(jù)也是，因?yàn)樵撾A段只是從大的方向進(jìn)行排查；

2、從機(jī)是否有回應(yīng)。

這里又分為兩種情況：

1）從機(jī)沒有回應(yīng)：

此時(shí)我們需要在接下來(lái)的排查步驟中確定幾個(gè)問(wèn)題：

<1>從機(jī)發(fā)送功能是否正常？

<2>主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)從機(jī)是否已經(jīng)正常接收？

<3>主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)協(xié)議是否正確。

2）從機(jī)有回應(yīng)。

這種情況下，問(wèn)題就比較簡(jiǎn)單，重點(diǎn)排查上層協(xié)議即可（可以保證從機(jī)的收、發(fā)沒有問(wèn)題）。

這里特別注意的是，波形測(cè)量位置一定是在最終點(diǎn)，而不是中間某個(gè)探測(cè)點(diǎn)或者模擬開關(guān)之類的器件。

比如，主機(jī)發(fā)送引腳，測(cè)量位置應(yīng)該在從機(jī)芯片的接收引腳，而測(cè)量主機(jī)的接收則在主機(jī)芯片的接收引腳，才不會(huì)導(dǎo)致結(jié)果誤判。

2、根據(jù)波形情況，確定主從器件發(fā)送、接收功能

如果說(shuō)步驟 1 發(fā)現(xiàn)主機(jī)沒有正常傳輸波形產(chǎn)生，就要根據(jù)情況再確定一些問(wèn)題。

1、如果發(fā)現(xiàn)波形失真、變形、電壓不正常等情況，請(qǐng)呼叫硬件工程師一起排查。

2、主機(jī)芯片發(fā)送引腳可以看到波形，但從機(jī)接收引腳看不到，請(qǐng)使用萬(wàn)用表確定是否虛焊接。相反方向也排查一遍。

3、主機(jī)或從機(jī)不能正常發(fā)送或接收。

如果你使用了 DMA 發(fā)送，又使用了《終極串口接收方式，極致效率》筆記介紹的方式接收，那么你可以從以下方向進(jìn)行排查（其他更簡(jiǎn)單的方式類似）：

1）發(fā)送、接收引腳時(shí)鐘是否開啟、輸入輸出模式是否配置正常，發(fā)送引腳一般復(fù)用輸出、接收一般上拉輸入（如果只是引腳配置錯(cuò)誤，發(fā)送 DMA的 計(jì)數(shù)器會(huì)變化，但是沒有實(shí)際波形輸出）；

2）串口外設(shè)寄存器配置是否正常。如果全是 0 ，說(shuō)時(shí)鐘沒有打開，或者未調(diào)用初始化函數(shù)，其次查看對(duì)應(yīng)的 DMA 請(qǐng)求位（發(fā)送、接收，如果這個(gè)沒有開啟，DMA 計(jì)數(shù)器不會(huì)變化）、串口使能位等；波特率可以等發(fā)出波形再看，畢竟你現(xiàn)在連數(shù)據(jù)都沒有。

3）查看 DMA 配置是否正常，外設(shè)、內(nèi)存地址寄存器、計(jì)數(shù)器、使能位、對(duì)應(yīng)通道的傳輸標(biāo)志位（F4 如果傳輸標(biāo)志不清除，無(wú)法啟動(dòng)下一次傳輸），總之把對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)體的成員看一遍就對(duì)了，可能一個(gè)小配置錯(cuò)了，就導(dǎo)致整個(gè)傳輸失敗。

4）如果是特殊引腳，看是否需要關(guān)閉默認(rèn)功能，開啟普通 GPIO 功能

5）如果是復(fù)映射功能，查看對(duì)應(yīng)的映射寄存器是否配置正確，配置時(shí)，可能需要開啟對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘。

以上排查方法對(duì)發(fā)送、接收都適合。排查后，可以通過(guò)短接 Tx、Rx 引腳的方式確定發(fā)送、接收是否異常。如果是單方向的，可以配合串口模塊測(cè)試。

終極殺招：

如果上述排查都沒有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，還是失敗，要么換板子，要么換一個(gè)可以用的簡(jiǎn)單例程修改后測(cè)試，此時(shí)可以對(duì)比例程調(diào)試模式下的寄存器配置（寄存器配置截圖后對(duì)比）。

另外， 排查時(shí)需要特別注意的是，不能只看代碼，不看實(shí)際寄存器的值。因?yàn)橛械臅r(shí)候，代碼也可能有各種各樣的問(wèn)題（比如時(shí)鐘如果沒有打開，那么即使有對(duì)應(yīng)的配置代碼，你一個(gè)寄存器值也寫不進(jìn)去），只有看最終寄存器的值才最安心。這里也多次強(qiáng)調(diào)了時(shí)鐘的重要性，不過(guò)一般這種問(wèn)題很容易排查。

以上排查方向，配合魚鷹的調(diào)試系列文章，消化好！

3、協(xié)議問(wèn)題

上述排查，應(yīng)該基本解決了雙方通信問(wèn)題的，即自發(fā)自收應(yīng)該沒有問(wèn)題。但不代表雙方就能夠正常通信了。

這里可能存在幾個(gè)問(wèn)題：

1、雙方波特率設(shè)置不匹配（這個(gè)問(wèn)題比較容易查，直接看波形或寄存器（寄存器可能還沒那么靠譜，外設(shè)一致可以）即可）

2、上層協(xié)議不匹配，比如 CRC 校驗(yàn)有問(wèn)題、幀頭定義有誤等等……

3、對(duì)方解析函數(shù)有問(wèn)題。

這個(gè)時(shí)候，配合邏輯分析儀分析是最方便的，到底是從機(jī)問(wèn)題還是主機(jī)問(wèn)題一目了然，當(dāng)然你直接在Tx、Rx上并上兩個(gè)串口模塊的 Rx 去接收串口數(shù)據(jù)也是可以的~~

以上排查步驟不一定按順序排查，但一般查看波形都是優(yōu)先選擇。

4、其他通信

在此繼續(xù)介紹一下 SPI 通信可能出現(xiàn)的問(wèn)題：

1、SPI 發(fā)送數(shù)據(jù)后，沒有延時(shí)即立刻開始接收（此時(shí)從機(jī)可能沒有反應(yīng)過(guò)來(lái)，也就沒有數(shù)據(jù)輸出），SPI 的波形可能失真（通過(guò)示波器可以觀察出來(lái)），也可能波形挺好，但接收就是有問(wèn)題；

2、 CS 控制時(shí)機(jī)不對(duì)，或者也可能需要延時(shí)一段時(shí)間。

3、SPI 波特率太高，導(dǎo)致器件無(wú)法識(shí)別。測(cè)試時(shí)最好使用最低波特率，但也不排除太低波特率反而不行的情況，所以多試試幾種。

總之，測(cè)試代碼應(yīng)該要考慮最極端的情況（比如延時(shí)久一點(diǎn)，波特率慢一點(diǎn)），調(diào)通之后再優(yōu)化這些參數(shù)，提高通信效率。

另外，如果有參考例程，可以直接對(duì)比例程輸出的波形進(jìn)行修改，直到你的代碼輸出波形（注意，這里直接對(duì)比波形）和例程保持一致，如果還是有問(wèn)題，那么換從機(jī)器件再試。當(dāng)然，電源這里也一定要先確定沒有問(wèn)題。

一般來(lái)說(shuō)，只要 CS、CLK、MOSI 控制時(shí)序正確，器件的 MISO 引腳一定會(huì)有數(shù)據(jù)輸出（即使你沒有接主機(jī)的 MISO），如果你能看到 MISO 輸出波形，但主機(jī)還是沒有正確接收，那么就查主機(jī)的 MISO 引腳配置和延時(shí)情況了。

I2C 通信：

1、和 SPI 類似，查看時(shí)序問(wèn)題

2、注意地址問(wèn)題，有可能說(shuō)明書的地址和實(shí)際的地址之間換算可能需要移位。

3、注意從機(jī)鎖死問(wèn)題，傳輸前發(fā)幾個(gè)停止信號(hào)過(guò)去試試

來(lái)源：魚鷹談單片機(jī)

審核編輯：湯梓紅