串口通信与裸机程序

    串口，实在是一个历史悠久的通信方式。如今许多电脑笔记本都不再支持串口，但在嵌入式中，串口却起着举足轻重的作用。嵌入式的控制器，一般都是在arm, sparc, powerpc等处理器外围添加控制单元形成的，其中必然有控制串口的部分。串口的通信，可以简化为两根线Tx, Rx，Tx负责发送，Rx负责接收，当然一端的Tx引脚自然是接到另一端的Rx引脚上。虽然传送是按位来的，但因为有串口控制单元，所以程序往往是一个字节一个字节的发送或接收，甚至用FIFO的多字节发送接收方式。串口发送的波特率即位发送的频率，一般为9600, 19200, ..., 57600, 115200，甚至更高。只要两端设置了一样的波特率，一样的帧格式（校验方式，数据长度，结束位），就可以通信了，如果设置不对就会出现乱码。

串口支持最简单的轮询收发。轮询写，就是读状态寄存器，一直等待发送缓冲区为空，然后把要写的字节丢进去。轮询读，就是读状态寄存器，一直等到接收缓冲区不为空，然后读数据寄存器，取出对方发送的字节。而一般较为正规的，有RTOS（实时操作系统）支持的串口收发，往往是采用中断方式的。中断写，就是把要写的数据放入RTOS的发送缓冲区，开启发送缓冲区为空中断，在中断处理程序中将RTOS发送缓存区中的数据取出，放入控制器的数据寄存器，进行发送。中断读，就是使能接收缓冲区满中断，当串口控制单元收到一定字节数后，会触发中断，在中断处理程序中将数据寄存器中的字节取出，放入RTOS接收缓冲区，等应用程序读串口时，就直接从RTOS的接收缓冲区中取数据。

从实现上来说，轮询方式更为简单；但从效率和可靠性上，却是中断方式更高一筹。我比较亲睐的方式是，轮询写和中断读。因为我的任务需要，我的工作往往是要嵌入式控制器和主机通信，而且对效率要求不高。使用轮询写的方式，一方面实现更为简单，另一方面也更方便调试，只要调用过写串口的函数，就是实际写出去了，即使下一刻要求控制器重启，也不会说串口数据没发出去。而使用中断读，则是可靠性的需要，因为程序往往被各种中断或更高优先级的任务打断，不可能一直等在串口上，接收数据一定会有遗失的地方。即使我在裸机程序上用轮询读，尽量避免中断的干扰，如果CPU主频和波特率相差不是百倍以上，还是会有丢失的情况出现。所以无论是否使用RTOS，中断读串口都势在必行。

对于习惯了ucos等RTOS的我来说，裸机程序遥远而可怕。没有时间片中断，就没有固定的延时，就要靠计算cpu主频和不断尝试来延时，会很不适应。其实远非如此，裸机程序要比带RTOS的程序简单地多。初始化时只要清理一个堆栈，就可以从汇编转到c。没有多任务，就不需要考虑任务切换那一套东西。驱动和中断处理也更为简单。整个程序可以专心地做一件事情。程序生成的可执行文件也要小好几倍。在RTOS盛行的现在，裸机程序仍然占据相当大的份额，不只是因为程序员的古板，也有它的道理在里面。所以说，没有实践过，就没有发言权。以后更要慎言慎行，等考证了再下结论。