概 述

2023年3月底，先楫半導(dǎo)體官方發(fā)布了新的hpm_sdk版本，相比上一次發(fā)布的版本，串口外設(shè)多了一個(gè)uart_hardware_rx_idle的sample。目前，這個(gè)硬件的空閑中斷僅適用于HPM6200系列產(chǎn)品，而HPM6750/6400/6300系列的MCU只能使用 uart_software_rx_idle 通過(guò)軟件利用額外的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)空閑中斷機(jī)制。

首先，我們簡(jiǎn)單介紹一下以上4個(gè)串口相關(guān)的sample：

（1） uart_dma：此demo 的串口均使用DMA掌管進(jìn)行收發(fā)，判斷收發(fā)完成只需要一次DMA傳輸完成中斷，但只能定長(zhǎng)收發(fā)，適用于固定長(zhǎng)度的收發(fā)場(chǎng)景。此demo適用于先楫半導(dǎo)體所有MCU系列產(chǎn)品。

（2） uart_hardware_rx_idle：此demo 使用硬件空閑機(jī)制和DMA接收進(jìn)行接收不定長(zhǎng)。適合接收不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的場(chǎng)景，但此demo僅適用先楫半導(dǎo)體HPM6200系列MCU產(chǎn)品。

（3）uart_irq：此demo 的串口均使用中斷來(lái)進(jìn)行收發(fā)，可適用于任何應(yīng)用場(chǎng)景。中斷進(jìn)行接收帶來(lái)的一個(gè)問(wèn)題就是每接收一個(gè)字節(jié)就會(huì)進(jìn)入一次中斷，在數(shù)據(jù)量稍大的場(chǎng)景下會(huì)比較耗費(fèi)中斷次數(shù)。此demo適用于先楫半導(dǎo)體所有MCU系列產(chǎn)品。

（4）uart_software_rx_idle：此demo需要定時(shí)器的兩個(gè)通道，并且互聯(lián)到一個(gè)IO，這個(gè)IO需要接到串口的RX引腳。一個(gè)通道作為捕獲RX引腳下降沿以此判斷開(kāi)始接收，另一個(gè)通道作為同步輸入SYNC(觸發(fā)會(huì)重置計(jì)數(shù)器)以此來(lái)判斷接收完成。利用定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)空閑機(jī)制實(shí)現(xiàn)接收不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)。在資源利用不緊張的情況下可以選擇使用此demo，因?yàn)槊總€(gè)串口都需要定時(shí)器的兩個(gè)通道作為輔助外設(shè)。此demo適用于先楫半導(dǎo)體所有MCU系列產(chǎn)品。

對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，比如接收不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)，有硬件空閑中斷的支持，可以再配合DMA，用最小的中斷損耗(只需要一次中斷)以及最少的外設(shè)輔助(不需要定時(shí)器查詢)實(shí)現(xiàn)接收不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)。

本文將探討一種利用串口FIFO接收超時(shí)機(jī)制而不依賴額外定時(shí)器在HPM6700/6400/6300 產(chǎn)品系列上實(shí)現(xiàn)串口不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)接收。

實(shí)現(xiàn)方案

先楫半導(dǎo)體 HPM6700/6400/6300 產(chǎn)品系列串口特性如下：

先楫半導(dǎo)體所有產(chǎn)品系列的串口 FIFO都支持閾值觸發(fā)中斷，也就是FIFO存儲(chǔ)到多少個(gè)字節(jié)認(rèn)為一次有效數(shù)據(jù)進(jìn)而觸發(fā)中斷。這樣可以大大減少觸發(fā)中斷的次數(shù)，有了FIFO閾值中斷，就可以在進(jìn)入中斷后，一次性把FIFO的所有數(shù)據(jù)取出來(lái)。

開(kāi)發(fā)者可以在SDK中找到詳細(xì)描述閾值范圍的內(nèi)容:

接收觸發(fā)閾值為 0 (uart_rx_fifo_trg_not_empty)：代表RX FIFO不為空就一次觸發(fā)中斷。

接收觸發(fā)閾值為 1 (uart_rx_fifo_trg_gt_one_quarter)：代表RX FIFO接收到超過(guò)FIFO的四分之一就觸發(fā)一次中斷。

接收觸發(fā)閾值為 2 (uart_rx_fifo_trg_gt_half)：代表RX FIFO接收到超過(guò)FIFO的一半就觸發(fā)一次中斷。

接收觸發(fā)閾值為 3 (uart_rx_fifo_trg_gt_three_quarters)：代表RX FIFO接收到超過(guò)FIFO的四分之三就觸發(fā)一次中斷。

有了FIFO閾值設(shè)置，先楫半導(dǎo)體MCU產(chǎn)品的串口還具備了FIFO timeout 的中斷。

產(chǎn)生中斷需要同時(shí)具備以下條件：

① 需要使能FIFO；

② RXFIFO里面需要存在至少一個(gè)字符；

③ RXFIFO在四個(gè)字符的時(shí)間再也沒(méi)有收到新的字符。

結(jié)合以上特點(diǎn)可知，當(dāng)接收閾值產(chǎn)生中斷的時(shí)候，系統(tǒng)能夠把接收到的數(shù)據(jù)從FIFO提取出來(lái)；當(dāng)FIFO timeout中斷觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)能夠在最后把接收的數(shù)據(jù)從FIFO提取出來(lái)。通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一幀不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的接收。

此外，開(kāi)發(fā)者可以結(jié)合以下特征以及自己的應(yīng)用開(kāi)發(fā)需求來(lái)決定是否采用此方案：

相比單個(gè)字節(jié)接收，接收中斷次數(shù)能減少10倍以上。比如接收1000個(gè)字節(jié)，單個(gè)字節(jié)接收需要進(jìn)入1000次中斷，而使用rx fifo閾值+fifo超時(shí)機(jī)制，只需要進(jìn)入77次，相比減少12倍以上中斷次數(shù)。

接收閾值中斷和超時(shí)中斷是一起使能觸發(fā)的。

使用這種方式的話，接收無(wú)法配合DMA，但是發(fā)送可以使用DMA。

超時(shí)條件是四個(gè)字符時(shí)間。也就是在四個(gè)字符時(shí)間沒(méi)收到新數(shù)據(jù)，則判斷超時(shí)。

方案驗(yàn)證

結(jié)合以上的論述，我們開(kāi)發(fā)一個(gè)sample進(jìn)行驗(yàn)證。接收使用RX FIFO 和 FIFO timeout方式，發(fā)送則使用DMA。使用100到1000字節(jié)隨機(jī)幾組進(jìn)行驗(yàn)證接收的中斷次數(shù)。

對(duì)于RX FIFO 和 FIFO timeout方式，代碼配置如下:

中斷進(jìn)行提取FIFO的數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)相對(duì)于中斷方式接收，采用本文提到的方案可以顯著減少中斷次數(shù)。本法在進(jìn)行不定長(zhǎng)大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膱?chǎng)景下尤為有利，假設(shè)接收1000個(gè)字節(jié)，單個(gè)字節(jié)中斷需要產(chǎn)生1000次中斷，而本文提到的方案在不使用其他額外定時(shí)器的條件下，只需要77次中斷就可完成傳輸。

以上是針對(duì)先楫半導(dǎo)體HPM6700/6400/6300這三個(gè)系列的MCU產(chǎn)品操作串口外設(shè)的一種方式的介紹。在實(shí)際操作過(guò)程中，希望能帶給各位開(kāi)發(fā)者一點(diǎn)啟發(fā)。