UART0串口编程之在UCOS

1、UART0串口编程之在UC/OSII中遭遇的危机一潜在的危机1.在uc/os操作系统中设计串口编程时，由于ISR和多个任务并发执行，情况比较复杂。尤其是接收状态为被动状态时，只能靠串行口中断来接收数据。2.在进行串行通信时，双方遵循相同的通信协议。由于波特率不变，因此相邻两次串口中断的间隔时间基本固定。3.在以下两种情况时会使接收过程出现错误：? 第一种情况是系统关中断的最长时间大于相邻两次串行接收中断的间隔时间，这时将可能导致遗漏一次中断，造成数据丢失。 2 实时操作系统内核的关中断的最长时间是已知的，通常很短，它不是问题关键。2 系统关中断的最长时间往往是由用户软件造成的，例如：我们编写的

2、中断服务函数过于复杂，导致系统为了处理中断服务函数而导致关中断时间过长。? 第二种情况是在串口程序正在运行期间有一个比它优先级更高的中断程序中断了串口程序。从而造成数据丢失。2 在这里提一个概念：把不能响应串口接收中断的这段时间称为“死区”。2 因此解决问题的关键是：死区时间不能比相邻两次串口中断的间隔时间长。二如何解决危机l 任务在访问比较耗时的共享资源时不要采用关中断的方式（改成互斥信号量）。l ISR要尽可能简短，将可以剥离的工作转交关联任务去完成。（此处的设计方式和Linux中把中断分为上半部分，和下半部分的原理有着同工异曲的含义）采用上面的方法来缩短死区时间。另一中方法是：加长相邻两

3、次串口接收中断的间隔时间。l 方法一：降低波特率,这个方法简单，但因此也导致通信效率的下将。其次，一般在进行串口编程时，波特率一般是固定的。因此此方法一般不太适用。l 方法二：在波特率不变的情况下减少中断次数，达到加长相邻两次串口接收中断间隔时间的效果。ARM芯片的串口具有16字节的缓冲区，可以设置每接收1，4，8，14字节产生一次中断。如果设置每接收8字节中断一次，则比1字节中断一次要延长8倍的中断间隔时间。Tiger-John说明：l 在使用有数据缓冲功能的串口编程后，比较容易满足相邻两次串口接收中断的间隔时间大于死区时间的条件，但仍然存在潜在的危险。想要可靠的避免这场危机：必须要满足以下

4、条件2 相邻两次串口接收中断的间隔时间必须大于系统死区时间2 接收缓冲区的空闲时间必须足够存放在“死区”时间内接收到的新数据。< 若设置每接收8字节中断一次，则空闲空间也为8字节。由于死区时间比中断间隔时间短，故接收的新数据必然少于8字节，才不会出现数据丢失现象。即在满足中断间隔时间大于“死区”时间的前提下，将中断条件设置为接收缓冲区的1/2，则死区时间接近中断间隔时间，接收过程是可靠的。串口(UART0)之UC/OS一.在UC/OS中设计串口程序所要考虑的问题1. 串口通信数据以帧为单位进行处理，如果需要接收大量数据，则帧缓冲区规模必然很大；如果需要发送大量数据，则可将原始数据快看作缓

5、冲区，不需要另外再创建帧缓冲区。2. 帧缓冲区是全局数据结构，通常为共享资源，需要考虑互斥访问问题（如在任务中关中断）。但是此时系统的效率就会下降。我们可以通过合理设计通信任务，将对帧缓冲区进行读/写操作的双方封装到一个任务里，是帧缓冲区称为这个任务的私有数据结构，不再是共享资源， 次时就不需要互斥信号量了。 3. 在UC/OS操作系统中串口发送和串口接收函数都被设计成了任务。Tiger-john说明：在UC/OS上编写串口编程时，主要是考虑以上问题。其它的方面就是UART0的配置以及如何编写中断程序这些方面在前面已经提过，再此不再涉及。如果你还不是很明白的话请看我UART0串口编程系列文章的

6、前半部分。二.UC/OS串口编程通过一个程序来分析UC/OS串口编程设计和实现：程序实现的目标：通过按键来控制串口发送任务80字节的帧，每次发送8字节，分25次发送完。1.在UC/OS串口编程中由那几个任务组成1>启动任务2>按键任务(此任务可以根据不同的程序设计内容来改变)3>发送任务4>串口发送中断2.各个任务之间的关系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UART0l 创建各个任务l 创建各种通信工具l 删除自己图3启动任务流程图 程序：/* 名称： UART0_Init* 功能： UART0初始化 通讯波特率11520

7、0，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验,使能TxFIFO,和THRE中断* 入口参数： bps 串口波特率* 出口参数： 无*/void UART0_Init(uint32 bps) uint16 Fdiv; PINSEL0 = (PINSEL0 & (0xf) | 0x05) ; /设置UART0的引脚 U0LCR = 0x83; Fdiv = (Fpclk>>4)/bps; U0DLM = Fdiv>>8; U0DLL = Fdiv%256; U0LCR = 0x03; U0FCR = 0x05; / 使能TxFIFO U0IER = 0x02; /使能TH

8、RE中断 /* 作者：tiger-john* 时间：2011年1月21* 名称：Task0 启动任务* 功能：初始化硬件，创建其他任务，* 入口参数：pdata*/void Task0 (void *pdata)pdata = pdata; /硬件初始化TargetInit ();/初始化串口UART0_Init(115200); /创建按键信号量 Sem_ButtonFlag = OSSemCreate(0); /创建发送信号量 Sem_SendFlg = OSSemCreate(0); /创建按键任务 OSTaskCreate(Task1,(void *)0, &TaskStk1T

9、askStkLengh - 1,10); OSTaskCreate(Task2,(void *)0, &TaskStk21000 - 1,6); /创建发送任务OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); /删除自己 4.按键任务流程：l 等待开始信号量l 制造模拟数据l 按键按下发送信号量，否则延迟等待程序：/* Task1（按键任务）*/void Task1 (void *pdata)uint8 i;uint8 err;pdata = pdata; while(1) OSSemPend(Sem_StartFlag,0,&err); /等带开始信号量 for(i = 0;

10、i < 80;i+) send_bufi = i ; /制造模拟数据。 while(IO0PIN & KEY ) != 0); /等带按键 OSSemPost(Sem_ButtonFlag); /发送按键信号量 5发送任务流程：l 等待按键信号量l 打开串口中断l 发送10次l 等待发送信号量l 发送8字节l 关发送串口中断l 发送开始信号量 程序：/* Task2（发送任务）*/void Task2 (void *pdata)uint8 i,j,err;pdata = pdata;while(1) OSSemPend(Sem_ButtonFlag,0,&err); /等

11、待按键信号量 U0IER = U0IER | 0x02; /打开串口发送中断 for(i = 0;i < 10;i+) /发送10次 for(j = 0;j < 8;j+) /每次8字节 U0THR = send_bufi*8+j; OSSemPend(Sem_SendFlag,0,&err); /等待发送信号量 U0IER = U0IER & 0x02; /关掉串口中断 OSSemPost(Sem_StartFlag); /发送开始信号量 6.串口发送中断流程：l 关中断l 清除中断控制标志位l 清除串口中断标志位l 开中断l 发送发送信号量/* 名 称： UAR

12、T0_Exception* 功 能： 串口发送中断* 入口参数： 无* 出口参数： data 发送的数据*/void UART0_Exception(void)uint32 data;OS_ENTER_CRITICAL(); /关中断VICVectAddr = 0; /清除中断data = U0IIR; /清除中断表示寄存器标志OS_EXIT_CRITICAL(); /开中断OSSemPost(Sem_SendFlag); /发出发送信号量 7.总的程序如下： view plaincopy to clipboardprint?/*Copyright (c)* * 西安邮电学院 * gradua

13、te school * XNMS实验室 * Author:冀博 * Time:2011年1月21日 * * *-File Info- * File name: UART0_while * Last modified Date: 2011-01-20 * Last Version: 1.0 * Descriptions: 当按键按下后，串口发送中断给上位机发送80字节数据 *- /* * Modified by: TIGER0-JOHN * Modified date: 2011-1-21 * Version: 1.1 * Descriptions: 测试成功 */ #include "

14、;config.h" #include "stdlib.h" #define KEY 1<<20 /设置为触发按键 #define TaskStkLengh 64 /Define the Task0(启动任务） 堆栈长度 #define TaskStkLengh 64 /Define the Task1(按键任务) 堆栈长度 #define TaskStkLengh 64 /Define the Task2(发送任务) 堆栈长度 OS_STK TaskStk0TaskStkLengh; /Define the Task0 stack 定义启动任务堆栈

15、OS_STK TaskStk1TaskStkLengh; /Define the Task1 stack 定义按键任务堆栈 OS_STK TaskStk2TaskStkLengh; /Define the Task2 stack 定义发送任务堆栈 void Task0(void *pdata); /Task0 启动任务 void Task1(void *pdata); /Task1 按键任务 void Task2(void *pdata); /Task2 发送任务 uint8 send_buf80; OS_EVENT *Sem_ButtonFlag; /定义按键信号量 OS_EVENT *Se

16、m_SendFlag; /定义发送信号量 OS_EVENT *Sem_StartFlag; /定义开始信号量 /* * 名称： UART0_Init * 功能： UART0初始化 通讯波特率115200，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验 * 使能TxFIFO,和THRE中断 * 入口参数： bps 串口波特率 * 出口参数： 无 */ void UART0_Init(uint32 bps) uint16 Fdiv; PINSEL0 = (PINSEL0 & (0xf) | 0x05) ; /设置UART0的引脚 U0LCR = 0x83; Fdiv = (Fpclk>>4

17、)/bps; U0DLM = Fdiv>>8; U0DLL = Fdiv%256; U0LCR = 0x03; U0FCR = 0x05; / 使能TxFIFO U0IER = 0x02; / 使能THRE中断 /* * 名 称： UART0_Exception * 功 能： 串口发送中断 * 入口参数： 无 * 出口参数： data 发送的数据 */ void UART0_Exception(void) uint32 data; OS_ENTER_CRITICAL(); /关中断 VICVectAddr = 0; /清除中断 data = U0IIR; /清除中断表示寄存器标志

18、OS_EXIT_CRITICAL(); /开中断 OSSemPost(Sem_SendFlag); /发出发送信号量 /* * main()函数 */ int main (void) OSInit (); /初始化操作系统 OSTaskCreate (Task0,(void *)0, &TaskStk0TaskStkLengh - 1, 2); /创建启动任务 OSStart (); /启动操作系统，开始对任务进行调度管理 return 0; /* * Task0（启动任务） */ void Task0 (void *pdata) pdata = pdata; TargetInit (

19、); /硬件初始化 UART0_Init(115200); /初始化串口 Sem_ButtonFlag = OSSemCreate(0); /创建按键信号量 Sem_SendFlag = OSSemCreate(0); /创建发送信号量 Sem_StartFlag = OSSemCreate(1); OSTaskCreate(Task1,(void *)0, &TaskStk1TaskStkLengh - 1,5); /创建按键任务 OSTaskCreate(Task2,(void *)0, &TaskStk2TaskStkLengh - 1,4); /创建发送任务 OSTas

20、kDel(OS_PRIO_SELF); /删除自己 /* * Task1（按键任务） */ void Task1 (void *pdata) uint8 i; uint8 err; pdata = pdata; while(1) OSSemPend(Sem_StartFlag,0,&err); /等带开始信号量 for(i = 0;i < 80;i+) send_bufi = i ; /制造模拟数据。 while(IO0PIN & KEY ) != 0); /等带按键 OSSemPost(Sem_ButtonFlag); /发送按键信号量 /* * Task2（发送任务）

21、 */ void Task2 (void *pdata) uint8 i,j,err; pdata = pdata; while(1) OSSemPend(Sem_ButtonFlag,0,&err); /等待按键信号量 U0IER = U0IER | 0x02; /打开串口发送中断 for(i = 0;i < 10;i+) /发送10次 for(j = 0;j < 8;j+) /每次8字节 U0THR = send_bufi*8+j; OSSemPend(Sem_SendFlag,0,&err); /等待发送信号量 U0IER = U0IER & 0x02

22、; /关掉串口中断 OSSemPost(Sem_StartFlag); /发送开始信号量 /* * End Of File */ 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

23、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

24、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：? 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。? 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

25、行通信，从而简化了ISR。? 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。? 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

26、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UART0l 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

27、 (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, &TaskStk1TaskStkLengh - 1,4); /创建接收任务 OSTaskCreate(Task2,(void *)0, &TaskStk2TaskStkLengh - 1,5); /创建发送

28、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

29、_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_bufi = 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

30、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_bufi); /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 =