UART0串口编程系列（五）

一．串口接收数据在UC/OS设计中应注意的问题

1. 串口通信的数据接收过程：

1> UART 接收FIFO接收到预定字节后触发中断

2> ISR读取接收到的内容并保存

3> 经过一次或若干次ISR完成一个通信帧的接收（拼装通信帧）

4> 处理和解释通信内容

5> 根据处理结果触发其他任务

2. 串口数据接收程序设计时，应该考虑的问题：

1>即使以上的操作过程很简单，也最好不要把它全部安排在ISR中完成，如果放在一起的话，就会给UART0通信带来危机（此处具体请看前面的文章）。

2>所以要安排一个与ISR关联的“串口接收”任务来完成后面的工作。再创建一个帧缓冲区。在接收的过程中，将接收到的内容写入帧缓冲区。接收完一帧后，处理和解释过程需要读帧缓冲区的内容。

3>将写帧缓冲区的操作安排在ISR中完成，读帧缓冲去的操作安排在串口接收任务中完成。

4>由于ISR和串口接收任务是并发程序单元，存在资源同步问题，故需要对帧缓冲区进行互斥访问。

二．设计ISR与串口接收任务之间的通信方法：

1. ISR的主要功能是响应异步事件，该异步事件将触发一系列操作。ISR设计的基本原则是：尽可能简短。

2.ISR与关联任务的通信方式有两种类型：信号型和数据型。

1>当使用信号量进行通信时，ISR只完成发送信号量的工作，表示事件已经发生，通过信号量的同步功能触发关联任务。

2>当使用数据进行通信时，ISR需要完成对异步事件的信息进行采集工作，然后使用消息邮箱（或消息队列）将数据发送给关联任务，由关联任务完成后续数据处理工作。

3>做项目时常见的三种情况：

Ø 触发ISR的事件不包含数据：不需要对事件进行信息采集。此时，ISR使用信号量与关联任务进行通信。

Ø 触发ISR的事件是包含数据的低频事件：将数据采集的工作放在关联任务中完成，（产生的时刻延迟与采样周期相比可以忽略不计，对采集数据的质量没有影响。此时，ISR使用信号量与关联任务进行通信，从而简化了ISR。

Ø 触发ISR的事件是包含数据的中高频事件：数据采集的工作放在关联任务中完成时，产生的时延与采样周期相比不能忽略不计时，对采样数据的质量有影响。此时，关联任务从消息邮箱中得到消息的数据，并完成后续处理工作。

Ø 触发ISR的事件是包含数据的非周期高频率事件:对于非周期高频事件，其最短事件间隔可能小于一个事件数据处理的耗时，如果使用消息邮箱进行通信，就可能会出现数据丢失现象。此时，数据采集的工作应该在ISR中完成，由ISR使用具有数据缓冲功能的消息队列与关联任务进行通信。关联任务从消息队列中得到消息的数据，并完成后续处理工作。

Tiger-John说明：

具体采用那一种方式来实现ISR与串口接收任务之间的通信要视具体情况而定。

以下用信号量和消息队列两种方式来实现串口接收编程

三． UC/OS串口接收数据编程

通过一个程序来分析UC/OS串口接收数据设计和实现

程序设计目标：

用串口中断接收上位机发送的8字节数据，再把它们传送给上位机。

u 用信号量的方式

1.系统有那些任务组成

1> 启动任务

2> 接收任务

3> 接收中断服务例程

4> 发送任务

2.各任务之间的关系

3.启动任务流程：

l定义各种通信工具（例如：信号量）

l系统硬件初始化

l初始化UART0

l创建各个任务

l创建各种通信工具

l删除自己

程序：

/********************************************************************

** Task0（启动任务）

********************************************************************/

void Task0 (void *pdata)

{

pdata = pdata;

TargetInit(); //硬件初始化

UART0_Init(115200); //初始化串口

Sem_SendFlag = OSSemCreate(0); //创建发送信号量

Sem_StartFlag = OSSemCreate(1); //创建开始信号量

OSTaskCreate(Task1,(void *)0, &TaskStk1[TaskStkLengh - 1],4); //创建接收任务

OSTaskCreate(Task2,(void *)0, &TaskStk2[TaskStkLengh - 1],5); //创建发送任务

OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); //删除自己

}

4.接收任务流程

l 等待开始信号量

l 处理和解释通信内容（本程序较简单，不涉及）

程序：

/********************************************************************

Task1（接收任务）

********************************************************************/

void Task1 (void *pdata)

{

uint8 err;

pdata = pdata;

while(1)

{

OSSemPend(Sem_StartFlag,0,&err); //等带开始信号量

//以下可以根据具体业务来编写处理和解释通信内容

}

}

5.串口中断接收流程：

l 关中断

l 清除串口中断标志位

l 清除中断控制寄存器

l 接收数据放入缓冲区

l 开中断

l 发送发送信号量

程序：

/**********************************************************

* 名 称： UART0_Exception

* 功 能： 串口接收中断

* 入口参数： 无

* 出口参数： 无

**********************************************************/

void UART0_Exception(void)

{

uint8 i;

uint32 data;

OS_ENTER_CRITICAL();

data = U0IIR; //清除中断表示寄存器标志

VICVectAddr = 0; //清除中断

for(i=0; i<8; i++)

{

rcv_buf[i] = U0RBR; // 读取FIFO的数据

}

OS_EXIT_CRITICAL();

OSSemPost(Sem_SendFlag); //发送发送信号量

}

6.发送任务流程

l 等待发送信号量

l 发送数据

l 发送开始信号量

程序:

/**********************************************************

** Task2（发送任务）

**********************************************************/

void Task2 (void *pdata)

{

uint8 i,err;

pdata = pdata;

while(1)

{

OSSemPend(Sem_SendFlag,0,&err); //等待发送信号量

for(i = 0;i < 8; i++)

UART0_SendByte(rcv_buf[i]); //通过轮训方式来发送串口数据

OSSemPost(Sem_StartFlag); //发送开始信号量

}

}

发送数据函数：

/**********************************************************

* 名 称： UART0_SendByte

* 功 能： 向串口发送字节数据，并等待发送完毕。

* 入口参数： data 要发送的数据

* 出口参数： 无

**********************************************************/

void UART0_SendByte(uint8 data)

{

U0THR = data;

while(0 == (U0LSR & 0x40));

}

u 用消息队列接收数据的方式

1. 系统有那些任务组成

1>启动任务

2>接收任务(中调用一个接受处理函数)

3>接收中断服务例程

4>发送任务

2. 各任务之间的关系

3.启动任务流程：

l定义各种通信工具（例如：信号量）

l系统硬件初始化

l初始化UART0

l创建各个任务

l创建各种通信工具

l删除自己

程序：

/********************************************************************

Task0（启动任务）

********************************************************************/

void Task0 (void *pdata)

{

pdata = pdata;

TargetInit(); //硬件初始化

UART0_Init(115200); //初始化串口

Sem_SendFlag = OSSemCreate(0); //创建发送信号量

Sem_StartFlag = OSSemCreate(1); //创建开始信号量

ReMsg_Qeue = OSQCreate(&MsgGrp_Buf[0],10); //创建消息队列

OSTaskCreate(Task1,(void *)0, &TaskStk1[TaskStkLengh - 1],4); //创建接收任务

OSTaskCreate(Task2,(void *)0, &TaskStk2[TaskStkLengh - 1],5); //创建发送任务

OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); //删除自己

}

4.接收任务流程

l 等待开始信号量

l 处理接收数据

l 发送发送信号量

程序：

/********************************************************************

** Task1（接收任务）

********************************************************************/

void Task1 (void *pdata)

{

uint8 err;

pdata = pdata;

while(1)

{

OSSemPend(Sem_StartFlag,0,&err); //等待开始信号量

UART0_RcvData(rcv_buf,2); //接收数据

OSSemPost(Sem_SendFlag); //发送发送信号量

}

}

处理接收数据函数

/********************************************************************

* 名 称： Rcv_Data

* 功 能： rcv_buf：接收中断返回后的数据 count :控制中断次数

* 入口参数： 无

* 出口参数： 无

********************************************************************/

void UART0_RcvData(uint8 *rcv_buf,uint8 count)

{

uint8 i;

uint8 j;

uint32 rcv_data;

uint8 err;

for(j = 0;j < count;j++)

{

//等待消息队列

rcv_data = (uint32)(uint32 *)OSQPend(ReMsg_Qeue,0,&err);

if(0x11223344 == rcv_data)

{

rcv_data = 0x12345678;

}

//将每条消息分解为4字节，存入帧缓冲区

for(i = 0;i < 4;i++)

{

rcv_buf[4*j+3-i] = (uint8)(rcv_data&0xff);

rcv_data >>= 8;

}

}

}

5.串口中断接收流程：

l 关中断

l 清除串口中断标志位

l 清除中断控制寄存器

l 接收4字节数据拼装成32为地址

l 发送消息邮箱

l 开中断

程序：

/********************************************************************

* 名 称： UART0_Exception

* 功 能： 串口接收中断

* 入口参数： 无

* 出口参数： 无

********************************************************************/

void UART0_Exception(void)

{

uint8 i;

uint32 data;

OS_ENTER_CRITICAL();

data = U0IIR; //清除中断表示寄存器标志

VICVectAddr = 0; //清除中断

for(i = 0;i < 4;i++)

{

data = (data << 8) | U0RBR; //将接受四字节数据拼装成32位地址

}

if(0x00000000 == data)

{

data = 0x11223344; //防止00000000地址不能发送

}

OSQPost(ReMsg_Qeue,(void *)data); //发送该地址到消息邮箱

OS_EXIT_CRITICAL();

}

6.发送任务流程

l 等待发送信号量

l 发送数据

l 发送开始信号量

程序:

/**********************************************************

** Task2（发送任务）

**********************************************************/

void Task2 (void *pdata)

{

uint8 i,err;

pdata = pdata;

while(1)

{

OSSemPend(Sem_SendFlag,0,&err); //等待发送信号量

for(i = 0;i < 8; i++)

UART0_SendByte(rcv_buf[i]); //通过轮训方式来发送串口数据

OSSemPost(Sem_StartFlag); //发送开始信号量

}

}

发送数据函数：

/**********************************************************

* 名 称： UART0_SendByte

* 功 能： 向串口发送字节数据，并等待发送完毕。

* 入口参数： data 要发送的数据

* 出口参数： 无

**********************************************************/

void UART0_SendByte(uint8 data)

{

U0THR = data;

while(0 == (U0LSR & 0x40));

}