1、背景
串口通信具有广泛的应用，一方面串口配置简单，仅需3根线（tx、rx、gnd）即可实现通信，另一方面串口具备全双工通信的能力。因此串口开发是单片机开发中一个重要的能力。
串口通信的难点在于，每条通信命令的长度可能不一致，何时判断数据包是否接收完整，每包数据如何校验，在单片机开发中均占用很大的工作量。
2、串口数据接收
由于单片机往往同时对接多个串口通信，可以将所有的通信统一处理，收到一包数据后再通知相应的线程进行处理。
typedef struct {
TaskHandle_t *handle;
uint16_t *writeptr;
uint16_t *readptr;
uint8_t ctrl;
uint8_t discart;
uint8_t timeout;
}UART_CTRL;
writeptr和readptr分别记录串口缓冲区内数据写入和读取的指针（标号）。一般将缓冲区构建为环形缓冲，*writeptr==*readptr认为缓冲区空，*writeptr==*readptr + 1认为缓冲区满。ctrl字段用来控制是否开始计时数据接收超时，在超时时间内没接收到一个字节的数据，重新累计数据包超时时间，timeout字段则是具体的超时时间。discart字段用来丢弃不完整的数据包，如果数据包在规定的时间内均没有收到完整数据，则将该数据包丢弃。
系统初始化时，对每个字段进行赋值：
UartCtrl[UART_VIDEO].timeout = 0;
UartCtrl[UART_VIDEO].handle = &VideoRecvTaskHandle;
UartCtrl[UART_VIDEO].writeptr = (uint16_t *)&VideoRxWritePtr;
UartCtrl[UART_VIDEO].readptr = (uint16_t *)&VideoRxReadPtr;
UartCtrl[UART_VIDEO].ctrl = 0;
UartCtrl[UART_VIDEO].discart = 0xff;
串口数据的接收既可以采用中断的方式，也可以采用DMA的方式。尽管中断方式会影响CPU使用效率，但从实际使用效果上来看，一般不是时间要求非常高的应用，中断的影响非常小。
void UART0_2_IRQHandler(void)
{
if(Uart_GetStatus(M0P_UART2, UartRC)) {
Uart_ClrStatus(M0P_UART2, UartRC);
VideoRxBuf[*(UartCtrl[UART_VIDEO].writeptr)] = Uart_ReceiveData(M0P_UART2);
*(UartCtrl[UART_VIDEO].writeptr)= (*(UartCtrl[UART_VIDEO].writeptr)+ 1) % sizeof(VideoRxBuf)
UartCtrl[UART_VIDEO].timeout = 0;
UartCtrl[UART_VIDEO].ctrl = 1;
}
}
每收到一包数据，将timeout置零，并将ctrl置一，开始计算数据包是否超时。由于缓冲区是环形的，UartCtrl[UART_VIDEO].writeptr字段增加时需要注意对边界的处理。
通过定时器中不断检测相应的字段，来决定是否通知线程处理收到的数据包，或者丢弃不完整的数据包。
for(i = 0;i < (sizeof(UartCtrl) / sizeof(UartCtrl[0]));i++) {
if(UartCtrl[i].ctrl) {
UartCtrl[i].timeout++;
if(UartCtrl[i].timeout > 20) {
UartCtrl[i].ctrl = 0;
UartCtrl[i].timeout = 0;
vTaskNotifyGiveFromISR(*(UartCtrl[i].handle), &xHigherPriorityTaskWoken);
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}
}
if(UartCtrl[i].discart != 0xff) {
UartCtrl[i].discart++;
if(UartCtrl[i].discart > 200) {
UartCtrl[i].discart = 0xff;
*(UartCtrl[i].readptr) = *(UartCtrl[i].writeptr);
}
}
}
3、串口数据处理
串口数据包往往具有比较简单数据结构，如包头、包尾、长度、校验等字段，通过对每包数据相应字段的检验，判断数据包是否完整及合法。不同的传感器的通信格式一般都比较类似，因此可以采用以下的流程进行检验。最后既可以将合格的数据包复制到另外的缓存进行处理，也可以在该函数中直接处理以节省空间。
int8_t processVideoRxData(uint8_t *buf)
{
uint8_t WritePtrtemp;
uint8_t usedlen;
uint8_t framelen;
uint8_t i = 0;
uint16_t framesum = 0;
WritePtrtemp = VideoRxWritePtr;
usedlen = getUsedLen(VideoRxReadPtr, WritePtrtemp, sizeof(VideoRxBuf));
for(i = 0;i < usedlen;i++) {
if(VideoRxBuf[VideoRxReadPtr] == 0x7b)
break;
VideoRxReadPtr++;
if(VideoRxReadPtr == sizeof(VideoRxBuf))
VideoRxReadPtr = 0;
}
if(i == usedlen) {
UartCtrl[UART_VIDEO].discart = 0;
return -1;
}
usedlen = getUsedLen(VideoRxReadPtr, WritePtrtemp, sizeof(VideoRxBuf));
if(usedlen < 4) {
printf("video packet small\r\n");
UartCtrl[UART_VIDEO].discart = 0;
return -1;
}
framelen = getPosDataBig(VideoRxBuf, sizeof(VideoRxBuf), VideoRxReadPtr + 1, GET_BYTE);
if(framelen > usedlen) {
printf("video not complete\r\n");
UartCtrl[UART_VIDEO].discart = 0;
return -1;
}
framesum = getPosDataBig(VideoRxBuf, sizeof(VideoRxBuf), (VideoRxReadPtr + framelen - 1) % sizeof(VideoRxBuf), GET_BYTE);
if(framesum != videoCheck(VideoRxBuf, VideoRxReadPtr, framelen - 1, sizeof(VideoRxBuf))) {
VideoRxReadPtr = (VideoRxReadPtr + framelen) % sizeof(VideoRxBuf);
printf("video sum error\r\n");
return -1;
}
getBulkData(buf, VideoRxBuf, VideoRxReadPtr, framelen, sizeof(VideoRxBuf));
VideoRxReadPtr = (VideoRxReadPtr + framelen) % sizeof(VideoRxBuf);
usedlen = getUsedLen(VideoRxReadPtr, WritePtrtemp, sizeof(VideoRxBuf));
if(usedlen > 0) {
xTaskNotifyGive(VideoRecvTaskHandle);
}
return 0;
}
处理完一包数据以后，若发现剩余长度大于0，认为环形缓存中还有待处理的数据包，重新进入该函数进行处理。
4、总结
串口数据的处理在单片机开发中占有很大比重的工作量，通过上述数据结构和相应处理函数，可以将不同的传感器的数据用同样的方式处理，有效提高开发效率。其他总线的数据处理，也可以采用类似的方式进行。
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