一种串口高效收发思路及方案

• 帧首：通常是3~5个0xFF或者0xEE
• 地址号：要进行通讯的设备的地址编号，1字节
• 命令号：对应不同的功能，1字节
• 长度：数据区域的字节个数，1字节
• 数据：与具体的命令号有关，数据区长度可以为0，整个帧的长度不应超过256字节
• 校验：异或和校验（1字节）或者CRC16校验（2字节），本例使用CRC16校验

下面介绍如何将接收到的数据按照图3-1所示的格式打包成一帧。

3.1 定义数据结构

typedef struct {  
      uint8_t * dst_buf;                  //指向接收缓存  
      uint8_t sfd;                        //帧首标志,为0xFF或者0xEE  
      uint8_t sfd_flag;                   //找到帧首,一般是3~5个FF或EE  
      uint8_t sfd_count;                  //帧首的个数,一般3~5个  
      uint8_t received_len;               //已经接收的字节数  
      uint8_t find_fram_flag;             //找到完整帧后,置1  
      uint8_t frame_len;                  //本帧数据总长度，这个区域是可选的  
}find_frame_struct;

3.2 初始化数据结构，一般放在串口初始化中

/** 
* @brief    初始化寻找帧的数据结构 
* @param    p_fine_frame:指向打包帧数据结构体变量 
* @param    dst_buf:指向帧缓冲区 
* @param    sfd:帧首标志,一般为0xFF或者0xEE 
*/  
void init_find_frame_struct(find_frame_struct * p_find_frame,uint8_t *dst_buf,uint8_t sfd)  
{  
     p_find_frame->dst_buf=dst_buf;  
     p_find_frame->sfd=sfd;  
     p_find_frame->find_fram_flag=0;  
     p_find_frame->frame_len=10;       
     p_find_frame->received_len=0;  
     p_find_frame->sfd_count=0;  
     p_find_frame->sfd_flag=0;  
} 

3.3 数据打包程序

/** 
* @brief    寻找一帧数据  返回处理的数据个数 
* @param    p_find_frame:指向打包帧数据结构体变量 
* @param    src_buf:指向串口接收的原始数据 
* @param    data_len:src_buf本次串口接收到的原始数据个数 
* @param    sum_len:帧缓存的最大长度 
* @return   本次处理的数据个数 
*/  
uint32_t find_one_frame(find_frame_struct * p_find_frame,const uint8_t * src_buf,uint32_t data_len,uint32_t sum_len)  
{  
     uint32_t src_len=0;  
       
     while(data_len--)  
     {  
         if(p_find_frame ->sfd_flag==0)                        
         {   //没有找到起始帧首  
             if(src_buf[src_len++]==p_find_frame ->sfd)  
             {  
                 p_find_frame ->dst_buf[p_find_frame ->received_len++]=p_find_frame ->sfd;  
                 if(++p_find_frame ->sfd_count==5)          
                 {  
                     p_find_frame ->sfd_flag=1;  
                     p_find_frame ->sfd_count=0;  
                     p_find_frame ->frame_len=10;  
                 }  
             }  
             else  
             {  
                 p_find_frame ->sfd_count=0;   
                 p_find_frame ->received_len=0;   
             }  
         }  
         else   
         {   //是否是"长度"字节? Y->获取这帧的数据长度  
             if(7==p_find_frame ->received_len)                
             {  
            p_find_frame->frame_len=src_buf[src_len]+5+1+1+1+2; //帧首+地址号+命令号+数据长度+校验  
                   
                 if(p_find_frame->frame_len>=sum_len)  
                 {   //这里处理方法根据具体应用不一定相同  
                     MY_DEBUGF(SLAVE_DEBUG,("数据长度超出缓存!\n"));  
                     p_find_frame->frame_len= sum_len;       
                 }  
             }  
               
             p_find_frame ->dst_buf[p_find_frame->received_len++]=src_buf[src_len++];  
               
             if(p_find_frame ->received_len==p_find_frame ->frame_len)                  
             {  
                 p_find_frame ->received_len=0;              //一帧完成    
                 p_find_frame ->sfd_flag=0;  
                 p_find_frame ->find_fram_flag=1;   
                      
                 return src_len;  
             }  
         }  
     }  
     p_find_frame ->find_fram_flag=0;  
     return src_len;  
} 

使用例子：

定义数据结构体变量：

find_frame_structslave_find_frame_srt;

定义接收数据缓冲区：

#define SLAVE_REC_DATA_LEN  128
uint8_t slave_rec_buf[SLAVE_REC_DATA_LEN];

在串口初始化中调用结构体变量初始化函数：

init_find_frame_struct(&slave_find_frame_srt,slave_rec_buf,0xEE);

在串口接收中断中调用数据打包函数：

find_one_frame(&slave_find_frame_srt,tmp_rec_buf,data_len,SLAVE_REC_DATA_LEN);

其中，rec_buf是串口接收临时缓冲区，data_len是本次接收的数据长度。

4.数据发送

前文提到，传统的等待发送方式会浪费CPU资源，而中断发送方式虽然不会造成CPU资源浪费，但又增加了一个中断源。在我们的使用中发现，定时器中断是几乎每个应用都会使用的，我们可以利用定时器中断以及硬件FIFO来进行数据发送，通过合理设计后，这样的发送方法即不会造成CPU资源浪费，也不会多增加中断源和中断事件。

需要提前说明的是，这个方法并不是对所有应用都合适，对于那些没有开定时器中断的应用本方法当然是不支持的，另外如果定时器中断间隔较长而通讯波特率又特别高的话，本方法也不太适用。公司目前使用的通讯波特率一般比较小（1200bps、2400bps），在这些波特率下，定时器间隔为10ms以下（含10ms）就能满足。如果定时器间隔为1ms以下（含1ms），是可以使用115200bps的。

本方法主要思想是：定时器中断触发后，判断是否有数据要发送，如果有数据要发送并且满足发送条件，则将数据放入发送FIFO中，对于lpc1778来说，一次最多可以放16字节数据。之后硬件会自动启动发送，无需CPU参与。

下面介绍如何使用定时器发送数据，硬件载体为RS485。因为发送需要操作串口寄存器以及RS485方向控制引脚，需跟硬件密切相关，以下代码使用的硬件为lpc1778，但思想是通用的。

4.1 定义数据结构

/*串口帧发送结构体*/  
typedef struct {  
      uint16_t send_sum_len;          //要发送的帧数据长度  
      uint8_t  send_cur_len;          //当前已经发送的数据长度  
      uint8_t  send_flag;             //是否发送标志  
      uint8_t * send_data;            //指向要发送的数据缓冲区  
}uart_send_struct;  

4.2 定时处理函数

/** 
* @brief    定时发送函数,在定时器中断中调用,不使用发送中断的情况下减少发送等待 
* @param    UARTx:指向硬件串口寄存器基地址 
* @param    p:指向串口帧发送结构体变量 
*/  
#define FARME_SEND_FALG 0x5A          
#define SEND_DATA_NUM   12  
static void uart_send_com(LPC_UART_TypeDef *UARTx,uart_send_struct *p)  
{  
     uint32_t i;  
     uint32_t tmp32;  
       
     if(UARTx->LSR &(0x01<<6))                      //发送为空  
     {         
         if(p->send_flag==FARME_SEND_FALG)  
         {                          
             RS485ClrDE;                             // 置485为发送状态  
               
             tmp32=p->send_sum_len-p->send_cur_len;  
             if(tmp32>SEND_DATA_NUM)                 //向发送FIFO填充字节数据  
             {  
                 for(i=0;i<SEND_DATA_NUM;i++)  
                 {  
                     UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];  
                 }  
             }  
             else  
             {  
                 for(i=0;i<tmp32;i++)  
                 {  
                     UARTx->THR=p->send_data[p->send_cur_len++];  
                 }  
                 p->send_flag=0;                      
             }  
         }  
         else  
         {  
             RS485SetDE;  
         }  
     }  
}  

其中，RS485ClrDE为宏定义，设置RS485为发送模式；RS485SetDE也为宏定义，设置RS485为接收模式。

使用例子：

定义数据结构体变量：

uart_send_struct uart0_send_str;

定义发送缓冲区：

uint8_t uart0_send_buf[UART0_SEND_LEN];

根据使用的硬件串口，对定时处理函数做二次封装：

void uart0_send_data(void)
{
   uart_send_com(LPC_UART0,&uart0_send_str);
}

将封装函数uart0_send_data();放入定时器中断处理函数中；

在需要发送数据的地方，设置串口帧发送结构体变量：

uart0_send_str.send_sum_len=data_len;       //data_len为要发送的数据长度
uart0_send_str.send_cur_len=0;              //固定为0
uart0_send_str.send_data=uart0_send_buf;    //绑定发送缓冲区
uart0_send_str.send_flag=FARME_SEND_FALG;   //设置发送标志

5.总结

本文主要讨论了一种高效的串口数据收发方法，并给出了具体的代码实现。在当前处理器任务不断增加的情况下，提供了一个占用资源少，可提高系统整体性能的新的思路。

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