IMX6 Linux系统下串口丢包错包问题研究

IMX6芯片简介

摘自互联网

http://www.ic72.com/ZhanHui/2013-02-01/209182.html

1. IMX6 soc 芯片架构图

IMX6 SOC

2. 串口的使用情况

IMX6 SOC系列芯片有5个异步串口可以使用，可以用于连接蓝牙，单片机，GPS模块等等外围芯片。串口的作用，就像神经系统一样，连接各个器官。因此串口通信的稳定性，还是非常重要的。

3. 串口接口定义

引用CSDN其他博客

http://blog.csdn.net/yangshuodianzi/article/details/8997478

这里要讨论的两点：数据传输和流量控制。

1. 数据传输：
   一般使用串口的场景，使用三个引脚就可以进行正常的数据传输，TX，RX和GND。比如IMX6的调试串口，此时也仅仅是为了满足打印log这个需求，并不要求一个字节都不能丢，毕竟仅仅是为了调试方便。
2. 流量控制：
   流量控制严格的讲，应该要区分软件流控和硬件流控。软件流控，指的是采用软件的方式，来控制数据流的传输与停止，从而来避免缓冲区的溢出，从而保障数据的安全。硬件流控，顾名思义，是由硬件层面直接参与的，软件配置使能之后，就可以无人值守自动运行的流量控制方式。
   但是，在嵌入式芯片里面，往往引脚的数量都是很有限的，需要在各个功能模块之间进行复用，因此，流控相关的引脚可能已经被其他功能模块占用，无法开启流控。

4. 串口丢包错包可能原因分析

1. 串口线的问题：
   噪声干扰严重，导致数据某个比特位出现反转，1变成0，或者0变成1。造成这个问题的原因，一般是线路受损了，比如导线破损铜线外露，这个情况一般更换一根好的串口线一般可以解决。
2. 串口FIFO溢出：
   直接会造成丢一个或者多个字节的情况。造成这个问题的直接原因，一般就是CPU处理不及时，来不及从串口FIFO里面读取数据，从而造成FIFO溢出丢数据。一般情况下，串口驱动收数据是采用异步中断的方式来进行，来个中断，然后CPU就巴拉巴拉的去FIFO里面取数据，然后丢到TTY层。但是，如果在串口数据到来，但是CPU中断又来不及响应的时候，就会丢包。

5. Linux 内核驱动层面规避串口丢包

• 无硬件流控串口丢包发生时机点：

  1. 处理当前串口中断的CPU被其他中断抢占
     IMX6系列CPU，默认的IRQ中断优先级，是中断号小的，优先级高，可以优先处理。所以，如果当串口的数据已经来临，FIFO接受到的数据，已经达到触发中断的阈值，此时应该是产生串口中断了，但是呢，此时此刻，刚好比其中断号小的其他中断：比如另外一个串口中断，或者MMC中断，刚好也有数据要处理，那么，中断号小的优先。

     

     比如我手头的一台IMX6 4核机器上面的中断列表，有三个串口，中断号分别为：58，60，和62。其中58号中断，就要比60号中断优先处理。如果58号中断狂飙了，导致60号中断一直得不到处理，那么60号中断所在串口，就有可能发生FIFO溢出的情况，数据就丢了。

  2. 处理当前串口中断的CPU，内核的其他代码，关闭中断时间太长。
     在内核代码里面，不乏有很多加锁的代码，目的是为了保证CPU访问目标代码片段的次序不被打断。当这个代码片段跟中断上下文紧密相关的时候，这个锁就需要关闭中断。如下这个代码片段，在调用__drain_alien_cache() 函数的前后，加上了spinlock_irqsave()和spinlock_irqrestore()，结合了spin_lock和中断关闭的操作。

static void drain_alien_cache(struct kmem_cache *cachep,                struct array_cache **alien){    int i = 0;    struct array_cache *ac;    unsigned long flags;    for_each_online_node(i) {        ac = alien[i];        if (ac) {            spin_lock_irqsave(&ac->lock, flags);            __drain_alien_cache(cachep, ac, i);            spin_unlock_irqrestore(&ac->lock, flags);        }    }}

很显然，在中断关闭的过程当中，IRQ中断是得不到处理得，因为关闭中断得操作，把本地CPU中断给禁用了暂时，不会响应IRQ中断。因此，以这个代码片段为例，如果__drain_alien_cache()执行时间太长，而恰好在这段时间之内，串口来数据了又得不到处理，那么就有可能造成FIFO溢出，从而丢包。
- 规避方案：
一个简单暴力直接的方法：将需要避免丢包的串口的中断，绑定到一个CPU上，从而避免中断之间的干扰。另外，需要找到关闭中断的代码，确保其关闭中断时间不会太长，不然的话，丢包还是会发生的。