嵌入式经常用到串口，如何判断串口数据接收完成？

工程师进阶笔记 · 发表于 2024-12-1 17:50:00

我是老温，一名热爱学习的嵌入式工程师
关注我，一起变得更加优秀！说起通信，首先想到的肯定是串口，日常中232和485的使用比比皆是，数据的发送、接收是串口通信最基础的内容。这篇文章主要讨论串口接收数据的断帧操作。空闲中断断帧一些mcu（如：stm32f103）在出厂时就已经在串口中封装好了一种中断——空闲帧中断，用户可以通过获取该中断标志位来判断数据是否接收完成，中断标志在中断服务函数中获取，使用起来相对简单。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，当接收完成标志 Lora_RecvData.Rx_over 为1时，就可以获取 uart4 接收到的一帧数据，该数据存放在 Lora_RecvData.RxBuf 中。
超时断帧空闲帧中断的使用固然方便，但是并不是每个mcu都有这种中断存在（只有个别高端mcu才有），那么这个时候就可以考虑使用超时断帧了。
Modbus协议中规定一帧数据的结束标志为3.5个字符时长，那么同样的可以把这种断帧方式类比到串口的接收上，这种方法需要搭配定时器使用。
其作用原理就是：串口进一次接收中断，就打开定时器超时中断，同时装载值清零（具体的装载值可以自行定义），只要触发了定时器的超时中断，说明在用户规定的时间间隔内串口接收中断里没有新的数据进来，可以认为数据接收完成。
uint16_t Time3_CntValue = 0;//计数器初值

/*******************************************************************************
* TIM3中断服务函数
******************************************************************************/
void Tim3_IRQHandler(void)
{
if(TRUE == Tim3_GetIntFlag(Tim3UevIrq))
{
      Tim3_M0_Stop(); //关闭定时器3
      Uart0_Rec_Count = 0;//接收计数清零
      Uart0_Rec_Flag = 1; //接收完成标志
      Tim3_ClearIntFlag(Tim3UevIrq); //清除定时器中断
}
}

void Time3_Init(uint16_t Frame_Spacing)
{
uint16_t u16ArrValue;//自动重载值
uint32_t u32PclkValue;//PCLK频率

stc_tim3_mode0_cfg_t    stcTim3BaseCfg;

//结构体初始化清零
DDL_ZERO_STRUCT(stcTim3BaseCfg);

Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralTim3, TRUE); //Base Timer外设时钟使能

stcTim3BaseCfg.enWorkMode = Tim3WorkMode0;             //定时器模式
stcTim3BaseCfg.enCT    = Tim3Timer;                //定时器功能，计数时钟为内部PCLK
stcTim3BaseCfg.enPRS    = Tim3PCLKDiv1;             //不分频
stcTim3BaseCfg.enCntMode  = Tim316bitArrMode;          //自动重载16位计数器/定时器
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();       //获取Pclk的值
//u16ArrValue = 65535-(u32PclkValue/1000);    //1ms测试
u16ArrValue = 65536 - (uint16_t)((float)(Frame_Spacing*10)/RS485_BAUDRATE*u32PclkValue);//根据帧间隔计算超时时间
Time3_CntValue = u16ArrValue;          //计数初值
Tim3_M0_ARRSet(u16ArrValue);             //设置重载值
Tim3_M0_Cnt16Set(u16ArrValue);          //设置计数初值

Tim3_ClearIntFlag(Tim3UevIrq);          //清中断标志
Tim3_Mode0_EnableIrq();                //使能TIM3中断(模式0时只有一个中断)
EnableNvic(TIM3_IRQn, IrqLevel3, TRUE); //TIM3 开中断
}

/**************************此处省略串口初始化部分************************/
//串口0中断服务函数
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]//帧长度
      {
         Uart0_Rec_Buffer[Uart0_Rec_Count++] = rec_data;
      }
      Tim3_M0_Cnt16Set(Time3_CntValue);//设置计数初值
      Tim3_M0_Run(); //开启定时器3 超时即认为一帧接收完成
}
}例程所用的是华大的hc32l130系列mcu，其它类型的mcu也可以参考这种写法。其中超时时间的计算尤其要注意数据类型的问题，u16ArrValue = 65536 - (uint16_t)((float)(Frame_Spacing * 10)/RS485_BAUDRATE * u32PclkValue);其中Frame_Spacing为用户设置的字符个数，uart模式为一个“1+8+1”共10bits。
状态机断帧状态机，状态机，又是状态机，没办法！谁让它使用起来方便呢？其实这种方法我用的也不多，但是状态机的思想还是要有的，很多逻辑用状态机梳理起来会更加的清晰。
相对于超时断帧，状态机断帧的方法节约了一个定时器资源，一般的mcu外设资源是足够的，但是做一些资源冗余也未尝不是一件好事，万一呢？对吧。
//状态机断帧
void UART_IRQHandler(void)  //作为485的接收中断
{
uint8_t count = 0;
unsigned char lRecDat = 0;

if(/*触发接收中断标志*/)
{
      //清中断状态位
      rec_timeout = 5;
      if((count == 0)) //接收数据头，长度可以自定义
      {
         RUart0485_DataC[count++] = /*串口接收到的数据*/;
         gRecStartFlag = 1;
         return;
      }
      if(gRecStartFlag == 1)
      {
         RUart0485_DataC[count++] = /*串口接收到的数据*/;

         if(count > MAXLEN) //一帧数据接收完成
         {
            count=0;
            gRecStartFlag = 0;

            if(RUart0485_DataC[MAXLEN]==CRC16(RUart0485_DataC,MAXLEN))
            {
                  memcpy(&gRecFinshData,RUart0485_DataC,13);
                  gRcvFlag = 1; //接收完成标志位
            }
         }
      }
      return;
}
return ;
}这种做法适合用在一直有数据接收的场合，每次接收完一帧有效数据后就把数据放到缓冲区中去解析，同时还不影响下一帧数据的接收。
整个接收状态分为两个状态——接收数据头和接收数据块，如果一帧数据存在多个部分的话还可以在此基础上再增加几种状态，这样不仅可以提高数据接收的实时性，还能够随时看到数据接收到哪一部分，还是比较实用的。
"状态机+FIFO"断帧记得刚毕业面试的时候，面试官还问过我一个问题：如果串口有大量数据要接收，同时又没有空闲帧中断你会怎么做？
没错，就是FIFO（当时并没有回答上来，因为没用过），说白了就是开辟一个缓冲区，每次接收到的数据都放到这个缓冲区里，同时记录数据在缓冲区中的位置，当数据到达要求的长度的时候再把数据取出来，然后放到状态机中去解析。当然FIFO的使用场合有很多，很多数据处理都可以用FIFO去做，有兴趣的可以多去了解一下。/********************串口初始化省略，华大mcu hc32l130******************/
void Uart1_IRQHandler(void)
{
uint8_t data;
if(Uart_GetStatus(M0P_UART1, UartRC))    //UART0数据接收
{
      Uart_ClrStatus(M0P_UART1, UartRC); //清中断状态位
      data = Uart_ReceiveData(M0P_UART1); //接收数据字节
      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;  //当前写的位置 position 0--99
static uint8_t wpos=0; //当前读的位置

if(cmd==0) //写数据
{
      if(fifoempty!=0)    //1 表示有数据不为空，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) //读数据
{
      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;
}

/********************************状态机处理*******************************/
void LoopFor485ReadCom(void)
{
uint8_t data;

while(comFIFO(&data,0)==0x01)
{
      if(rEadFlag==SAVE_HEADER_STATUS) //读取头
      {
         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)  //读取数据
      {
         buffread[i485+2]=data;
         i485++;
         if(i485==(Length_Data-2)) //数据帧除去头
         {
            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);  //拷贝Length_Struct个字节，完整的结构体
            }
            else
            {
                  rEadFlag=SAVE_HEADER_STATUS;
            }

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

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