在很多單片機系統(tǒng)中，都會提供UART Read和UART Write這樣的接口函數(shù)。一些高級的單片機甚至還有UART Read Callback和UART Write Callback這樣的回調函數(shù)來收發(fā)數(shù)據(jù)。通常很多單片機的數(shù)據(jù)處理能力相對UART通信來說要快得多，因此像采用上述接口函數(shù)的單片機系統(tǒng)都使用了數(shù)據(jù)緩存來輔助UART收發(fā)。常見的UART收發(fā)方式有這幾種：

1、數(shù)據(jù)隊列（Queue）收發(fā)

這種方式適合大多數(shù)單片機，只要有中斷就行。使用UART Write發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)并不是直接寫入到UART發(fā)送器，而是放進了一個環(huán)形緩沖區(qū)中。然后在UART TX發(fā)送完畢中斷服務函數(shù)中讀取環(huán)形緩沖區(qū)并把讀到的字節(jié)送入UART發(fā)送器，然后等待TX發(fā)送完畢中斷服務函數(shù)再次執(zhí)行時送入下一個字節(jié)，直到把環(huán)形緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)送完為止。環(huán)形緩沖區(qū)通常有一個標記頭和尾的變量，只要頭和尾的變量值不相等就說明緩沖區(qū)有數(shù)據(jù)。使用UART Read接收數(shù)據(jù)時，也不是直接從UART接收器中獲取數(shù)據(jù)，而是從環(huán)形緩沖區(qū)中獲取數(shù)據(jù)。UART RX收到中斷服務函數(shù)中把UART接收器收到的字節(jié)送進環(huán)形緩沖區(qū)，單片機執(zhí)行UART Read時獲取到的數(shù)據(jù)是環(huán)形緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，這樣可以保證單片機程序不用一直等待UART接收器。這種設計的優(yōu)點是可以有效地處理實時數(shù)據(jù)，避免了數(shù)據(jù)的丟失。但是，如果Queue的大小設置不當，可能會導致數(shù)據(jù)的溢出。因此，我們需要根據(jù)實際的應用場景來合理地設置Queue的大小。

2、帶硬件FIFO的UART收發(fā)

很多先進的單片機的UART收發(fā)用上了硬件FIFO。沒有硬件FIFO的單片機在收發(fā)數(shù)據(jù)時每收發(fā)一個字節(jié)就要執(zhí)行一次中斷函數(shù)，在高波特率通信時單片機會頻繁進入中斷，從而影響單片機主任務的處理。而硬件FIFO則可以緩解這種矛盾。例如單片機的UART FIFO是16字節(jié)，單片機在發(fā)送數(shù)據(jù)時一次最多可以傳輸16字節(jié)數(shù)據(jù)，等16字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后才產生UART TX發(fā)送完畢中斷。接收數(shù)據(jù)時通常是“半滿”中斷和“超時”中斷，即接收FIFO中的字節(jié)數(shù)超過8字節(jié)，或者接收FIFO不為空但是超過1字節(jié)的時間內沒有收到新的字節(jié)數(shù)據(jù)，產生一次UART RX接收中斷。通常帶硬件FIFO的UART會和數(shù)據(jù)隊列的方式相結合使用，在高波特率通信下傳輸效率更高。

3、帶DMA的UART收發(fā)

DMA（Direct Memory Access）是一種可以將計算機的某個存儲區(qū)域直接映射到內存地址空間的技術，從而實現(xiàn)對內存和其他外設的統(tǒng)一訪問。當UART接收到數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)會被直接寫入到DMA控制的內存區(qū)域中，然后觸發(fā)中斷。在中斷服務程序中，我們可以從DMA控制的內存區(qū)域中取出數(shù)據(jù)，進行必要的處理，然后再通過UART發(fā)送出去。

使用DMA進行UART傳輸對連續(xù)多條數(shù)據(jù)的傳輸幫助特別大，例如前面提到的UART Read Callback和UART Write Callback回調函數(shù)的方式。連續(xù)發(fā)送多條數(shù)據(jù)流時，可以把數(shù)據(jù)流放在單片機的多個不同的緩沖區(qū)，然后DMA直接指向緩沖區(qū)地址，待DMA傳輸完畢后產生UART Write Callback，然后在UART Write Callback中把DMA指向下一個緩沖區(qū)地址。接收數(shù)據(jù)時也可以預約一個接收緩沖區(qū)，DMA傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)皆摼彌_區(qū)，傳輸滿了后產生UART Read Callback再指向下一個接收緩沖區(qū)，同時可以讓單片機主程序處理已收滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的內容。

審核編輯：黃飛