USART接收的數(shù)據(jù)怎么錯(cuò)位啦？

嵌入式大雜燴

有人使用STM32G4系列的USART,并開(kāi)啟DMA方式的定長(zhǎng)接收，DMA工作在Normal模式，但是偶爾會(huì)出現(xiàn)接收出錯(cuò)問(wèn)題。令人頭疼的是一旦出錯(cuò)了后面的接收總是錯(cuò)的，出錯(cuò)的位置往往體現(xiàn)在一幀的第一個(gè)數(shù)據(jù)。除非重啟系統(tǒng)才能消除接收連續(xù)出錯(cuò)問(wèn)題。下面兩幅圖是UART接收出錯(cuò)的情形�！緸榱吮阌诮涣鳎�后面的定長(zhǎng)接收都是指8個(gè)字符的接收。】



使用場(chǎng)景大致是這樣的。某工程師使用STM32G474開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，用到某USART的DMA收發(fā)。MCU通過(guò)USART跟外部傳感器進(jìn)行通信,USART的收發(fā)都使用DMA方式，Normal模式。兩端的收發(fā)都是定長(zhǎng)方式，即收發(fā)都是基于確定長(zhǎng)度的傳輸。
實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，他發(fā)現(xiàn)STM32G4芯片的USART的DMA發(fā)送倒沒(méi)啥問(wèn)題，就是接收偶爾會(huì)出錯(cuò)。一旦出錯(cuò)，后面就一直錯(cuò)。通信兩端明明使用的定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的收發(fā)，數(shù)據(jù)怎么會(huì)錯(cuò)亂？即使偶爾出差了要怎樣才能及時(shí)恢復(fù)正常呢？
后來(lái)經(jīng)反復(fù)檢查確認(rèn)，他說(shuō)的定長(zhǎng)收發(fā)只是理論上的或者說(shuō)預(yù)期的。實(shí)際上，在通信過(guò)程中偶爾會(huì)有額外的噪聲竄出來(lái)，即傳感器端實(shí)際發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)可能多于指定長(zhǎng)度。多發(fā)的數(shù)據(jù)雖然沒(méi)有被當(dāng)次接收，但留在USART接收FIFO了。下次基于DMA接收時(shí)，F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)若沒(méi)被清掉就會(huì)當(dāng)作下一次的接收數(shù)據(jù)了。
因?yàn)榻邮者@邊是DMA定長(zhǎng)接收，發(fā)送端也是定長(zhǎng)發(fā)送，但由于FIFO里噪聲數(shù)據(jù)的存在，接收端沒(méi)法全部接收新的數(shù)據(jù)，使得FIFO里始終有殘留數(shù)據(jù)，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)的接收發(fā)生錯(cuò)位。
下面截圖是STMG4的USART的功能框圖，看看有助于理解。

既然這樣，我們可以在每次的USART的定長(zhǎng)接收完成之后、開(kāi)啟下一次DMA接收前，將USART的FIFO清理干凈。當(dāng)然這個(gè)過(guò)程中，要注意溢出問(wèn)題，發(fā)生溢出后會(huì)妨礙DMA請(qǐng)求的產(chǎn)生，我們需及時(shí)處理溢出標(biāo)志。
下面簡(jiǎn)單演示解決上面問(wèn)題的做法。使用STM32G474的USART2的DMA收發(fā)功能，STM32G474的USART每次從PC的串口終端做8個(gè)字符的定長(zhǎng)接收，多余的將被丟棄并不可以影響下次接收，同時(shí)，STM32G474將每次收到的8個(gè)字符回顯到PC串口終端。開(kāi)啟USART DMA接收的完成中斷，每次收到8字符時(shí)設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志【Flag_Rxcpt】，并稍作延時(shí)，保證一次性發(fā)送過(guò)來(lái)的字符發(fā)送完畢。注意，是保障對(duì)方的發(fā)送完畢，接收的話每次只接收8個(gè)字符。
下面的測(cè)試使用STM32G474的USART2的配置如下：




USART收發(fā)的FIFO可開(kāi)可關(guān)，下面做法都適用。另外，這里沒(méi)有使能USART2的中斷響應(yīng)，使用庫(kù)函數(shù)組織代碼的話最好使能它，可以省些事。
解決上面問(wèn)題的第一種做法就是每次在開(kāi)啟下次DMA接收前將USART重新初始化一下，這個(gè)肯定是有效的。沒(méi)理由重新初始化USART了，其FIFO數(shù)據(jù)還不失效吧。見(jiàn)下圖紅框中的代碼。


下面是USART DMA接收完成中斷的回調(diào)處理函數(shù)。接收到8個(gè)字符后設(shè)置接收標(biāo)志，并設(shè)置延時(shí)參數(shù)，讓對(duì)方或線路上可能多發(fā)或多產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。

不過(guò)這個(gè)操作動(dòng)作有點(diǎn)大，有時(shí)可能不太合適。我們可以換個(gè)做法，像下面這樣，通過(guò)查詢RXNE標(biāo)志來(lái)讀取接收數(shù)據(jù)寄存器。其實(shí)就是將FIFO里的殘留清掉，同時(shí)預(yù)防性地對(duì)溢出標(biāo)志清零。


如果前面使能了USART的中斷響應(yīng)，基于庫(kù)函數(shù)組織代碼時(shí)，此處對(duì)溢出標(biāo)志清零就不必要了，可以到中斷服務(wù)程序里處理。顯然第二種做法更有針對(duì)性，動(dòng)作不波及其它。
當(dāng)然，還有另外一種做法，通過(guò)操作特定寄存器清空USART接收FIFO。具體就是對(duì)USART_RQR寄存器的RXFRQ位寫1，發(fā)起對(duì)接收FIFO清空的請(qǐng)求。操作代碼如下：

下面是基于上面幾種做法的驗(yàn)證結(jié)果。USART接收時(shí)DMA每次只搬8個(gè)數(shù)據(jù)，多發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)不予理睬，也不影響后續(xù)的再次接收。

不管哪種做法，最終目的都一樣，即在開(kāi)啟下次的USART接收前先清空接收FIFO。OK,今天的分享就到這里，下次再聊~！
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