UART學(xué)習(xí)總結(jié)：如何判斷一幀數(shù)據(jù)收完

　　UART

　　通用異步收發(fā)傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter），通常稱作UART，是一種異步收發(fā)傳輸器，是電腦硬件的一部分。它將要傳輸?shù)?a href="http://srfitnesspt.com/soft/special/" target="_blank">資料在串行通信與并行通信之間加以轉(zhuǎn)換。作為把并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)成串行輸出信號(hào)的芯片，UART通常被集成于其他通訊接口的連結(jié)上。

　　具體實(shí)物表現(xiàn)為獨(dú)立的模塊化芯片，或作為集成于微處理器中的周邊設(shè)備。一般是RS-232C規(guī)格的，與類似Maxim的MAX232之類的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)幅度變換芯片進(jìn)行搭配，作為連接外部設(shè)備的接口。在UART上追加同步方式的序列信號(hào)變換電路的產(chǎn)品，被稱為USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）。

　　UART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UART用于主機(jī)與輔助設(shè)備通信，如汽車音響與外接AP之間的通信，與PC機(jī)通信包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。

　　UART接收數(shù)據(jù)，一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)接收，底層硬件只能知道現(xiàn)在收到了一個(gè)字節(jié)，然后保存在一個(gè)buffer里面。怎么去判斷現(xiàn)在一幀協(xié)議收完了呢？也就是說(shuō)，我要發(fā)送一個(gè)協(xié)議幀，根據(jù)協(xié)議他是不定長(zhǎng)的，怎么判斷現(xiàn)在收完了呢？

　　方法一：

　　也許有人會(huì)想到，我變收變判斷，就是在接收驅(qū)動(dòng)函數(shù)里，去解析協(xié)議，一般是這個(gè)樣子：

　　#pragma vector = INTSR2_vect

　　__interrupt static void r_uart2_interrupt_receive（void）

　　{

　　buffer［CNT］ = RXD2;

　　CNT++;

　　if（CNT 》 幀頭長(zhǎng)度）{

　　找?guī)^，然后記住幀頭位置；

　　}

　　//找?guī)L(zhǎng)位置

　　//等待接收完

　　//判斷幀尾或者校驗(yàn)

　　//通知APP，一幀接收完畢

　　//請(qǐng)標(biāo)志

　　SRIF2 = 0;

　　}

　　這么做，我感覺(jué)是效率最高的，我的驅(qū)動(dòng)層封裝的時(shí)候，得暴露__interrupt static void r_uart2_interrupt_receive（void）給用戶，同時(shí)提供用戶底層接收完請(qǐng)標(biāo)志等API。

　　方法二：

　　也會(huì)有人會(huì)想到我在協(xié)議前加一個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度不就完了，根據(jù)這個(gè)區(qū)接收，然后接收完了，告訴APP層或者協(xié)議解析層。這種方法實(shí)現(xiàn)的前提是大家都按這個(gè)做，否則通信失敗，適合公司內(nèi)部使用。

　　方法三：

　　我開始用的是TIMER_OUT方法，什么意思呢？舉例說(shuō)，9600波特率，發(fā)送一個(gè)字節(jié)大約需要1ms時(shí)間，假如認(rèn)為發(fā)送是連續(xù)的而不是斷續(xù)的，那么我是否可以認(rèn)為你在超過(guò)1MS時(shí)間（為了留有足夠的富裕時(shí)間，認(rèn)為20MS）沒(méi)有接收中斷發(fā)生，我就可以認(rèn)為接收完畢。接著通知APP或者協(xié)議解析模塊去解析協(xié)議。但是這么處理有幾個(gè)問(wèn)題需要注意：

　　1、如果對(duì)方用的查詢方式發(fā)送，那個(gè)需要獲得對(duì)方的最大中斷處理時(shí)間；

　　2、幀于幀之間發(fā)送間隔必須大于接收方設(shè)定的TIMER_OUT時(shí)間；（其實(shí)這段不滿足的話，也可以處理，在RAM資源足夠的情況下，協(xié)議解析模塊按著解析多幀的思路去寫）

　　3、整個(gè)通信帶寬被拉低，因?yàn)閹g隔是TIMER_OUT時(shí)間，肯定是MS級(jí)以上，一般20~50ms吧；

　　但是這種方法是最簡(jiǎn)單的，也適合解耦，便于模塊化封裝。

　　方法四：

　　我現(xiàn)在用的方法是環(huán)形buffer。也就是UART一直在收數(shù)據(jù)，并且放到一個(gè)環(huán)形buffer里面（是為了防止溢出），APP或者協(xié)議解析模塊不停的去讀取數(shù)據(jù)，并做協(xié)議解析。這種方法優(yōu)點(diǎn)就是處理速度快，沒(méi)有了TIMER_OUT時(shí)間。目前問(wèn)題是，我不知道怎么把buffer去解耦，索性我就把buffer全部丟給了協(xié)議解析模塊。

　　既然談到了UART驅(qū)動(dòng)封裝，我就說(shuō)說(shuō)我目前做法，其實(shí)我也是剛學(xué)習(xí)封裝這塊，水平有限，就是想和大家聊聊，大神輕噴。

　　首先我定義了幾個(gè)接口：

　　//UART0

　　extern void uart0_drive_mode_init（void （*pRxCallBack）（uint8_t））;

　　extern bool uart0_cfg（uart_cfg_t *ptUartCfg，uint32_t wBaudRate，uint16_t hwErrorRange，void （*callback）（））;

　　extern bool uart0_txd_query（uint8_t *pchTxdBuffer，uint16_t hwTxdNum）;

　　extern void uart0_enable_rx_interrupt（interrupt_level_t tLevel）;

　　extern void uart0_disable_rx_interrupt（void）;

　　extern void uart0_set_tx_interrupt_level（interrupt_level_t tLevel）;

　　extern bool uart0_txd_interrupt_start（uint8_t *pchBuffer，uint16_t hwTxdLong）;

　　/**************************** UART0 ****************************/

　　//模塊初始化

　　#define USER_UART0_DRIVE_MODE_INIT（__CALLBACK） uart0_drive_mode_init（__CALLBACK）

　　//USER0

　　#define USER_UART0_CFG（_CONFIG，_BAUDRATE，_Rang，_CALLBACK） uart0_cfg（（_CONFIG），（_BAUDRATE），（_Rang），（_CALLBACK））

　　#define USER_UART0_TXD_QUERY（_BUFFER，_TXD_NUM） uart0_txd_query（（_BUFFER），（_TXD_NUM））

　　#define USER_UART0_ENABLE_RX_INTERRUPT（_LEVEL） uart0_enable_rx_interrupt（_LEVEL）

　　#define USER_UART0_DISABLE_RX_INTERRUPT（） uart0_disable_rx_interrupt（）

　　#define USER_UART0_SET_TX_INTERRUPT_LEVEL（_LEVEL） uart0_set_tx_interrupt_level（_LEVEL）

　　#define USER_UART0_TXD_INTERRUPT_START（__BUFFER，__TXD_NUM） uart0_txd_interrupt_start（（__BUFFER），（__TXD_NUM））

　　解釋：

　　uart0_drive_mode_init（），模塊初始化函數(shù)，需要傳入一個(gè)void （*pRxCallBack）（uint8_t）型函數(shù)指針，這個(gè)函數(shù)是為了接收中斷回調(diào)用戶接收處理函數(shù)，把RXD0數(shù)據(jù)放到環(huán)形接收緩存區(qū)；

　　uart0_cfg（）配置函數(shù)，需要回調(diào)用戶的I/O口配置函數(shù)，因?yàn)閁ARTI/O口是可選（偷懶了）

　　uart0_txd_query（）查詢發(fā)送函數(shù)，線程安全的

　　uart0_enable_rx_interrupt（）使能接收中斷，并設(shè)置優(yōu)先級(jí)

　　uart0_disable_rx_interrupt（）關(guān)閉接收中斷

　　uart0_set_tx_interrupt_level（）設(shè)置發(fā)送優(yōu)先級(jí)

　　uart0_txd_interrupt_start（）中斷發(fā)送，線程安全的

　　然后，我把所有的中斷和函數(shù)封裝到底層里面。

　　這里有一點(diǎn)我不明白怎么做，這個(gè)接收環(huán)形buffer怎么設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)解耦？

　　《-------------------------------------------------------------------------華麗分割線------------------------------------------------------------------------------》

　　最近一直在學(xué)習(xí)OOPC和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，突然領(lǐng)悟到怎么把環(huán)形buffer分離出來(lái)，原來(lái)方法是如此簡(jiǎn)單，怪我以前想復(fù)雜了。

　　首先我們定義一個(gè)queue的類，定義四個(gè)接口：

　　bool init_byte_queue（byte_queue_t* ptQueue，uint8_t* pchBuffer，uint16_t hwSize）;

　　bool is_queue_empty（byte_queue_t* ptQueue）;

　　void enqueue_byte（byte_queue_t* ptQueue，uint8_t chInData）;

　　void dequeue_byte（byte_queue_t* ptQueue，uint8_t* pchOutData）;

　　然后定義個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體：

　　struct byte_queue_t{

　　uint8_t *pchBuffer;

　　uint16_t hwSize;

　　uint16_t hwHead;

　　uint16_t hwTail;

　　uint16_t hwLength;

　　};

　　實(shí)現(xiàn)如下：

　　#define this （*ptThis）

　　bool init_byte_queue（byte_queue_t* ptQueue，uint8_t* pchBuffer，uint16_t hwSize）

　　{

　　CLASS（byte_queue_t） *ptThis = （CLASS（byte_queue_t） *）ptQueue;

　　if（NULL == ptQueue）{

　　return false;

　　}

　　this.pchBuffer = pchBuffer;

　　this.hwSize = hwSize;

　　this.hwHead = 0;

　　this.hwTail = 0;

　　this.hwLength = 0;

　　}

　　bool is_queue_empty（byte_queue_t* ptQueue）

　　{

　　CLASS（byte_queue_t） *ptThis = （CLASS（byte_queue_t） *）ptQueue;

　　if（NULL == ptQueue）{

　　return true;

　　}

　　return （0 == this.hwLength）;

　　}

　　void enqueue_byte（byte_queue_t* ptQueue，uint8_t chInData）

　　{

　　CLASS（byte_queue_t） *ptThis = （CLASS（byte_queue_t） *）ptQueue;

　　if（NULL == ptQueue）{

　　return;

　　}

　　this.pchBuffer［this.hwHead］ = chInData;

　　this.hwHead++;

　　if（this.hwHead 》= this.hwSize）{

　　this.hwHead = 0;

　　}

　　this.hwLength++;

　　}

　　void dequeue_byte（byte_queue_t* ptQueue，uint8_t* pchOutData）

　　{

　　CLASS（byte_queue_t） *ptThis = （CLASS（byte_queue_t） *）ptQueue;

　　if（NULL == ptQueue）{

　　return;

　　}

　　if（NULL == pchOutData）{

　　return;

　　}

　　if（！this.hwLength）{

　　return;

　　}

　　*pchOutData = this.pchBuffer［this.hwTail］;

　　this.hwTail++;

　　if（this.hwTail 》= this.hwSize）{

　　this.hwTail = 0;

　　}

　　this.hwLength--;

　　}

　　到此基本UART就說(shuō)完了，但是我今天看了篇關(guān)于環(huán)形隊(duì)列同步加鎖問(wèn)題，有必要再補(bǔ)充下。

　　上面的環(huán)形隊(duì)列是有問(wèn)題的，什么問(wèn)題呢？就是hwLength的同步問(wèn)題，hwLength--和hwLength++

　　位于不同的線程，所以需要加鎖，以確保原子性問(wèn)題。

　　QUEUE_ENTER_CRITICAL（）;

　　this.hwLength--; //必須保證原子性

　　QUEUE_LEAVE_CRITICAL（）;

　　//QUEUE_ENTER_CRITICAL（）;

　　this.hwLength++; //放在了中斷中，本身任務(wù)優(yōu)先級(jí)就高

　　//QUEUE_LEAVE_CRITICAL（）;

　　如果寫入和讀出線程優(yōu)先級(jí)是平級(jí)的，那么都需要加鎖；如果有一個(gè)優(yōu)先級(jí)高，一個(gè)優(yōu)先級(jí)低，那個(gè)低優(yōu)先級(jí)

　　線程需要加鎖，高優(yōu)先級(jí)不需要。