再谈 HPM6700/6400/6300 产品系列串口接收不定长数据的方式

2023-04-14

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概述

2023年3月底，先楫半导体官方发布了新的hpm_sdk版本，相比上一次发布的版本，串口外设多了一个uart_hardware_rx_idle的sample。目前，这个硬件的空闲中断仅适用于HPM6200系列产品，而HPM6750/6400/6300系列的MCU只能使用 uart_software_rx_idle 通过软件利用额外的定时器实现空闲中断机制。

首先，我们简单介绍一下以上4个串口相关的sample：

（1） uart_dma：此demo 的串口均使用DMA掌管进行收发，判断收发完成只需要一次DMA传输完成中断，但只能定长收发，适用于固定长度的收发场景。此demo适用于先楫半导体所有MCU系列产品。

（2） uart_hardware_rx_idle：此demo 使用硬件空闲机制和DMA接收进行接收不定长。适合接收不定长数据的场景，但此demo仅适用先楫半导体HPM6200系列MCU产品。

（3）uart_irq：此demo 的串口均使用中断来进行收发，可适用于任何应用场景。中断进行接收带来的一个问题就是每接收一个字节就会进入一次中断，在数据量稍大的场景下会比较耗费中断次数。此demo适用于先楫半导体所有MCU系列产品。

（4）uart_software_rx_idle：此demo需要定时器的两个通道，并且互联到一个IO，这个IO需要接到串口的RX引脚。一个通道作为捕获RX引脚下降沿以此判断开始接收，另一个通道作为同步输入SYNC(触发会重置计数器)以此来判断接收完成。利用定时器来实现空闲机制实现接收不定长数据。在资源利用不紧张的情况下可以选择使用此demo，因为每个串口都需要定时器的两个通道作为辅助外设。此demo适用于先楫半导体所有MCU系列产品。

对于某些应用场合，比如接收不定长数据，有硬件空闲中断的支持，可以再配合DMA，用最小的中断损耗(只需要一次中断)以及最少的外设辅助(不需要定时器查询)实现接收不定长数据。

本文将探讨一种利用串口FIFO接收超时机制而不依赖额外定时器在HPM6700/6400/6300 产品系列上实现串口不定长数据接收。

实现方案

先楫半导体 HPM6700/6400/6300 产品系列串口特性如下：

先楫半导体所有产品系列的串口 FIFO都支持阈值触发中断，也就是FIFO存储到多少个字节认为一次有效数据进而触发中断。这样可以大大减少触发中断的次数，有了FIFO阈值中断，就可以在进入中断后，一次性把FIFO的所有数据取出来。

开发者可以在SDK中找到详细描述阈值范围的内容:

接收触发阈值为 0 (uart_rx_fifo_trg_not_empty)：代表RX FIFO不为空就一次触发中断。
接收触发阈值为 1 (uart_rx_fifo_trg_gt_one_quarter)：代表RX FIFO接收到超过FIFO的四分之一就触发一次中断。
接收触发阈值为 2 (uart_rx_fifo_trg_gt_half)：代表RX FIFO接收到超过FIFO的一半就触发一次中断。
接收触发阈值为 3 (uart_rx_fifo_trg_gt_three_quarters)：代表RX FIFO接收到超过FIFO的四分之三就触发一次中断。

有了FIFO阈值设置，先楫半导体MCU产品的串口还具备了FIFO timeout 的中断。

产生中断需要同时具备以下条件：

① 需要使能FIFO；

② RXFIFO里面需要存在至少一个字符；

③ RXFIFO在四个字符的时间再也没有收到新的字符。

结合以上特点可知，当接收阈值产生中断的时候，系统能够把接收到的数据从FIFO提取出来；当FIFO timeout中断触发时，系统能够在最后把接收的数据从FIFO提取出来。通过这种方式来实现一帧不定长数据的接收。

此外，开发者可以结合以下特征以及自己的应用开发需求来决定是否采用此方案：

相比单个字节接收，接收中断次数能减少10倍以上。比如接收1000个字节，单个字节接收需要进入1000次中断，而使用rx fifo阈值+fifo超时机制，只需要进入77次，相比减少12倍以上中断次数。
接收阈值中断和超时中断是一起使能触发的。
使用这种方式的话，接收无法配合DMA，但是发送可以使用DMA。
超时条件是四个字符时间。也就是在四个字符时间没收到新数据，则判断超时。