带FIFO的UART数据接收

芯片手册

某个Cortex-M4芯片带有1个UART,支持Tx,Rx 的FIFO功能,而且可以通过寄存器配置FIFO的阈值,芯片的datasheet并不完善,没有说明RX的FIFO具体有几个级别,每隔级别的阈值是多少。

但是需要注意的是 TX, RX 的FIFO都可以通过UART 的 DR 寄存器进行访问。

RX FIFO 阈值

功夫不负有心人,终于在SDK的某段代码中窥见了RX的几个FIFO阈值:

默认情况下RX FIFO 是收到32字节才会产生一次RX中断。

如果收到的数据长度没有32字节,则一直等,等到满足32字节,才产生RX中断。

RX FIFO 阈值 影响RX中断产生的频率

之所以注意到这个问题,是因为下面的一件事情:

调试的时候发现电脑发送6个字符,但是开发板并没有打印6个字符,再加6个字符,还是没有,继续加6个字符,直到满足了32个字节,这个时候才有了RX中断,把收到的数据打印了出来。

RX 收到的数据不完整

上面虽然收到了数据,但是并没有把32个字符都保存下来。原来在UART中断程序中,在RX中断条件下,每次都把前面的数据清空了。

if (ui32Status & ( AM_REG_UART_IES_RXRIS_M | AM_REG_UART_IES_RTRIS_M)) {
    // 其他操作
    os_memset(g_uart_buf, '\0', sizeof(g_uart_buf));  // 后来才意识到在 uart 中断服务程序中每次接收都清空接收缓冲区是一个大错误。
    // 接收数据
    *(g_uart_buf + index++) = AM_REGn(UART, ui32Module, DR);
    
}

如上面的例子,会导致每一次中断中清空前面的数据,永远只能看到后一次FIFO中的数据,最多为32个字节。这样绝对是错误的,因为每次从FIFO中取走了一个字节,后面当FIFO满时又会产生新的RX中断。
所以每次中断中尽量取走所有的数据。该怎么做呢?需要读UART寄存器状态,FIFO不空的情况下把所有的数据取走,例如下面:

    if(ui32Status & (AM_REG_UART_IES_RXRIS_M | AM_REG_UART_IES_RTRIS_M))
    {
        while ( !AM_BFRn(UART, 0, FR, RXFE) )
        {
            if (uart_data_index < UART_BUF_LENGTH) { // 不能超出 g_uart_buf 的长度
                *(g_uart_buf + uart_data_index++) = AM_REGn(UART, ui32Module, DR);
            } else { // 超出部分直接丢弃
                ui8Char = AM_REGn(UART, ui32Module, DR);
            }
        }
    }

还需要注意,如果对端模块返回的UART数据超过了接收缓冲区的长度,需要丢弃。如果不丢弃则无法退出中断。

总结

UART 使用主要是初始化,中断服务程序以及应用程序对收发数据的处理。
初始化部分,需要完成的工作:

  • 引脚配置
  • UART模块的时钟使能
  • UART的配置如波特率,数据位,停止位,奇偶校验,流控制
  • FIFO配置,一般重点关注RX的FIFO
  • UART模块使能
  • UART中断使能
  • UART中断子类别使能,例如 AM_HAL_UART_INT_RX 表示RX中断,AM_HAL_UART_INT_RX_TMOUT 表示超时中断

中断服务程序,一般来说主要负责接收,可以按照下面的流程:

  • 读UART的中断状态,判定是哪一种UART中断,例如是RX还是RX TMOUT 中断
  • 根据具体的UART中断类型采取对应的操作
  • 读取DR寄存器,放到缓冲区,直到满足某个条件退出读DR的循环
  • 清除中断,修改某些标志位,如果跑了OS,可以发出信号量通知其他线程
  • 退出中断服务程序

应用程序,在某个时候处理UART接收缓冲区,必要的时候需要清空缓冲区。
如果不清空的话,UART中断会一直把数据拷贝到缓冲区,直到缓冲区满,后面的数据就浪费了。同时应用程序也会处理这些重复的数据可能无法进入正常的流程。

按道理说在应用层清空缓冲区就可以了,但是我担心应用程序在操作缓冲区的时候突然被中断打断了,清空操作出错了或者把刚刚收到的数据清空了,我以为让中断程序在某些条件下清空或许是一个不错的选择。
如下是我的实现,应用层发出清空缓冲区的请求uart_data_clear(),如果恰好下一次UART中断即时,就可以在中断一开始清空缓冲区。如果下一次UART中断来的不及时,那么第二次调用uart_data_clear()就可以在应用层清空缓冲区。

extern unsigned char g_uart_buf[UART_BUF_LENGTH]; // UART 接收缓冲区
extern uint16_t uart_data_index; // 当前写入UART接收缓冲区的数据的位置。
extern uint8_t  uart_data_clear_flag; // 1 -- 表示需要清除数据; 0 -- 不需要清除数据

/**
 * 第一次调用,可以让UART中断清空缓冲区,第二次调用可以在应用层清空缓冲区
 */
void uart_data_clear(void)
{
    // 说明还没有进入一次UART中断,这里在应用层主动清空UART数据
    if (uart_data_clear_flag) {
        os_memset(g_uart_buf, 0, sizeof(g_uart_buf));
        uart_data_index = 0;
        uart_data_clear_flag = 0;
    } else {
        // 在UART中断清空数据
        uart_data_clear_flag = 1;
    }
}



// 另一个文件中的UART中断服务程序

void am_uart_isr(void)
{
    uint32_t ui32Status;
    uint32_t ui32Module = 0;
    uint8_t  ui8Char = 0;

    //
    // Read the masked interrupt status from the UART.
    //
    ui32Status = am_hal_uart_int_status_get(true);

    if(ui32Status & (AM_REG_UART_IES_RXRIS_M | AM_REG_UART_IES_RTRIS_M))
    {

        // 用户已经处理完了上一次的UART接收数据,可以清空缓冲区以备下一次接收
        if (uart_data_clear_flag) {
            uart_data_clear_flag = 0;
            os_memset(g_uart_buf, '\0', sizeof(g_uart_buf));
            uart_data_index = 0;
        }

        while ( !AM_BFRn(UART, 0, FR, RXFE) )
        {
            if (uart_data_index < UART_BUF_LENGTH) { // 不能超出 g_uart_buf 的长度
                *(g_uart_buf + uart_data_index++) = AM_REGn(UART, ui32Module, DR);
            } else { // 超出部分直接丢弃
                ui8Char = AM_REGn(UART, ui32Module, DR);
            }
        }
    }

    // Clear the UART interrupts.
    //
    am_hal_uart_int_clear(ui32Status);

    // 发出信号量通知其他任务
   // do something...
}

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作者:LinTeX9527
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