嵌入式|串口接收数据的几种处理方式！

来源：https://blog.csdn.net/qq_56527127/article

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，终端标志在中断服务函数中获取，使用起来相对简单。

STM32串口空闲中断接收不定长数据（DMA方式）

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//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。

嵌入式软件架构设计-状态机

//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;
            }
        }
    }
}

好了，就这些吧，如果有没有注意到的地方，欢迎各位看官给出宝贵意见，相互学习，共同进步！

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