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C51單片機串口丟包的幾種情況分析！ 轉載
2021-03-22 11:29:28
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今天來總結一下C51單片機串口驅動層丟包的幾種情況.
---C51單片機串攔枯衫口收發數據的原理---
1、串口驅動模塊組成
(1)串口數據收發器，串口收發數據時，底層執行實際收發動作的硬體單元；
(2) 串口相關寄存器，
SBUF：串口數據寄存器，當有數據收或發時，用來裝載收或發的數據，實際底層是分開收和發兩個不同寄存器的，用戶（程序員）只用SBUF就可以了；
RI：串口接收中斷標志，告訴CPU現在串口收到數據了
TI：串口發簡腔送中斷標志，告訴CPU現在串口有數據要發了；
TI和RI都是系統產生用戶軟體清零的。
(3)串口中斷服務函數；串口收數據和發數據的中斷是一個，收和發在同一個中斷服務函數進行，在RI為1時把寄存器SBUF里的數據拷貝到用戶緩存里，在TI為1 時，把用戶要發的數據裝載到SBUF里。
2、收數據過程
(1)對端串口發送器發了1byte數據
(2) 串口接收器收到1byte數據，存到SBUF寄存器，並把寄存器中RI位置1
(3)系統產生一個中斷，CPU內核輪詢發現RI為1是串口中斷，從用戶程序跳轉至串口中斷服務函數
(4)串口中斷服務函數中，把SBUF寄存器中的這1byte數據拷貝至用戶緩存
收數據過程是1byte產生一個中斷，也就是說數據是1byte 1byte收的。
數據流向過程如下圖：
3、發數據過程
(1)用戶把TI置1
(2) 系統產生中斷，內核輪詢到TI為1，跳轉至串口中斷服務函數
(3) 用戶把1byte要發的數據裝載至SBUF
(4)硬體發送器發送數據，發送完成自動把TI置1
(5)系統產生中斷，重復(2)~(4)
(6) 當用戶不再往SBUF裝數據時，發送數據過程結束
發數據也是1byte 1byte發，每1byte先產生中斷再裝載數據。
數據流向過程如下圖：
---串口丟包總結---
說明下，這是無操作系統的單片機程序。
我 = 串口硬體收發器+串口軟體中斷服務函數+串口相關寄存器。
用戶 = 應用程序
1、我的硬體收發器在收發數據，用戶把系統總中斷關了
先說收數據的情況，系統中斷被用戶關了，我的硬體部分還是能收數據的，我仍然會把RI置1，但是現在總中斷關了，就不會產生中斷了，不會去調起我的軟體中斷服務函數了，那這樣就會造成我放到SBUF里的數據還沒有傳給用戶，如果關中斷期間，我又收到了新的1byte數據，我就會把新的數據放到SBUF里，覆蓋了老的數據了。
這樣老的那1byte數據就丟掉了。
舉例：串口正在收數據時，用戶要寫一些掉電記憶的參數到Flash，操作Flash會關總中斷，此時如果串口在收數據可能會丟包。
解決：關總中斷之前判斷一下串口是不是在忙，串口無數據收到連續累計一段時間才認為閑。
發數據的情況會不會有問題？如果我的硬體在發數據，用戶把總中斷關了，我發完這1byte數據仍然會把TI置1，但是此時不會產生中斷，不會再進入我的軟體中斷服務函數繼續發數據，等中斷恢復了，CPU會馬上進入我的中斷服務函數，又會繼續發數據，所以發數據過程關總中斷不會造成發數據丟包。
2、有人在中斷服務函數里待太久，耽誤我的軟體收數據
我的硬體收到了數據，我把他放到了SBUF里，同時也置起了RI標志位，但不巧，這時候CPU在另一個中斷服務函數里在執行代碼，更不巧，這個中斷服務函數很長，有很多代碼要執行，要很久很久！
這不就誤事了嗎，CPU還沒從那個中斷服務函數出來，我的硬體又收到了新的1byte數據，我又把他裝到了SBUF里，置起了RI，老的那1byte數據還在SBUF，沒傳給用戶緩存呢，新的把他覆蓋掉了。
舉例：某MCU LED驅動用調光模式（即可調亮度模式），由於其中斷服務函數太長，造成串口收數據丟包
解決：設置串口中斷優先順序高於LED中斷優先順序，C51中高優先順序中斷可以搶斷低優先順序中斷，這樣串口就不會丟包了。
3、大量數據又收又發，我的軟體部分不夠聰明，忙不過來了
同時有數據在收和發，我也是能應付的，因為咱是全雙工的啊，收數據和發數據可以同時進行，是不同的硬體單元；此時RI和TI都會被我置成1，系統會進去中斷服務函數，但系統是不知道這次進去是TI還是RI事件的，只管其中一個為1就進去了。
我的軟體中斷服務函數進去一次可以把收和發的數據都處理了，出來後就不會再次進中斷服務函數了，
如果程序員把我的軟體寫成進一次中斷服務函數只處理RI或者TI一個事件，那就效率很低啊！數據很多時極有可能會丟包！
比如如果優先處理TI事件，下次再進來想處理RI了但此時TI事件又有了，RI事件就又沒處理到了。
如果優先處理RI事件，收到的數據不會丟，但是下次進來RI事件又產生了，又要處理RI事件，想發的數據一直沒機會發。
所以，串口中斷服務函數里要能同時處理RI 和TI 中斷事件，下圖中的else if 應改成if。
又如果，串口中斷服務函數裡面太長，前一次還沒處理完，新的中斷又到了，就會自己耽誤自己。
4、當前數據還沒發完，用戶又把新數據裝到我的SBUF中
我的硬體在發數據，此時TI已經被用戶程序清0了，
如果程序員邏輯不夠清晰，馬上又要發一包新數據，把TI置1 了，那麼CPU會馬上進入中斷服務函數，中斷服務函數馬上會把新的1byte 數據裝到我的SBUF里，我剛剛正在發的那1byte 數據還沒發完就被新數據覆蓋弄丟了。
解決：程序串口驅動層介面發數據前，先判斷當前是否處於發送數據過程中，若正在發送過程中，不用再將TI置1.
5、 我們這里總中斷關了，對方還發數據給我
總中斷關了，對方給我發數據，我的硬體還是能收到數據的，我也會把RI置1，但是此時就不會產生中斷，不會進入中斷服務函數了，如果對方馬上又給我發了新的1byte數據，用戶這時還是沒有把總中斷打開，剛剛那1byte數據還在SBUF中會被新來的數據覆蓋，用戶沒取走丟掉了。
解決：對方增加重發邏輯。
6、我硬體能力不夠，收發速度跟不上
用戶竟然選擇了系統時鍾才2M，我的波特率卻被設置成了115200這么大，
此時我的波特率發生器產生的波特率已經不能達到115200了，數據還是能1byte 1byte的發出去，只是就是發出去的數據電平的長度可能不對了，
標准串口每1byte數據 = 1bit起始位+ 8bit數據位+奇偶校驗位（1或1.5或2或無）+停止位（1bit），起始電平是低電平，無數據時是高電平。
波特率115200即115200 bit/s，波特率決定了電平0/1的長度，波特率確定了1bit電平的長度就確定了，波特率越大，長度越短。
如果電平長度不對了，對方串口接收器收到這一串電平後經過解析可能就不認為這是一包正確的數據來了，因此丟棄了（底層電路具體是怎麼樣不是很了解）。
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