μC/OS-II下中断服务程序和外设驱动的开发 2 实际应用, 单片机, 寄存器, 缓冲区, 程序

samwalton

由于串行设备存在外设处理速度和CPU速度不匹配的问题，所以需要一个缓冲区．向串口发送数据时，只要把数据写到缓冲区中，然后由串口逐个取出往外发。从串口接收数据时，往往等收到若干个字节后才需要CPU进行处理，所以这些预收的数据可以先存于缓冲区中。实际上，单片机的异步串口中只有两个相互独立、地址相同的接收、发送缓冲寄存器SBUF。在实际应用中，需要从内存中开辟两个缓冲区，分别为接收缓冲区和发送缓冲区。这里把缓冲区定义为环形队列的数据结构。
       μC／OS-II内核提供了信号量作为通信和同步的机制，引入数据接收信号量、数据发送信号量分别对缓冲区两端的操作进行同步。串口的操作模式如下：用户任务想写，但缓冲区满时，在信号量上睡眠，让CPU运行别的任务，待ISR从缓冲区读走数据后唤醒此睡眠的任务；同样，用户任务想读，但缓冲区空时，也可以在信号量上睡眠，待外部设备有数据来了再唤醒。由于μC／OS-II的信号量提供了超时等待机制，串口当然也具有超时读写能力。
       数据接收信号量初始化为0，表示在环形缓冲区中无数据。
       接收中断到来后，ISR从UART的接收缓冲器SBUF中读入接收的字节(②)，放入接收缓冲区(③)，然后通过接收信号量唤醒用户任务端的读操作(④、①)。在整个过程中，可以查询记录缓冲区中 当前字节数的变量值，此变量表明接收缓冲区是否已满。UART收到数据并触发了接收中断，但如果此时缓冲区是满的，那么放弃收到的字符。缓冲区的大小应合理设置，降低数据丢失的可能性，又要避免存储空间的浪费。
       发送信号量初始值设为发送缓冲区的大小，表示缓冲区已空，并且关闭发送中断。发送数据时，用户任务在信号量上等待(①)。如果发送缓冲区未满，用户任务向发送缓冲区中写入数据(②)。如果写入的是发送缓冲区中的第一个字节，则允许发送中断(②)。然后，发送ISR从发送缓冲区中取出最早写入的字节输出至UART(④)，这个操作又触发了下一次的发送中断，如此循环直到发送缓冲区中最后一个字节被取走，重新关闭发送中断。在ISR向UART输出的同时，给信号量发信号(⑤)，发送任务据此信号量计数值来了解发送缓冲区中是否有空间。
       3 串口通信模块的设计
       每个串行端口有两个环状队列缓冲区，同时有两个信号量：一个用来指示接收字节，另一个用来指示发送字节。每个环状缓冲区有以下四个要素：
       存储数据(INT8U数组)；
       包含环状缓冲区字节数的计数器；
       环状缓冲区中指向将被放置的下一字节的指针；
       环状缓冲区中指向被取出的下一字节的指针。
       SerialGetehar（）用来获取接收到的数据，如果缓冲区已空时将任务挂起，接收到字节时，任务将被唤醒，同时从串行口接收字节。SerialPutRxChar()用来将接收的字节放到缓冲区中，如果接收缓冲区已满，则该字节被丢弃。当字节插入到缓冲区中，SerialPutRxChar()通知数据接收信号量，使之将数据己到的消息传达给所有等待的任务。为防止挂起应用任务，可以通过调用SceiallsEmPty()去发现环状队列中是否有字节。
       当需要发送数据给串行端口时，SerialPurChar()等待信号量在初始化发送信号量时应该初始为缓冲区的大小。因此，当缓冲区中没有更多空间时，SerialPutChar()就挂起任务，只要UART再次发送字节，挂起任务就将恢复。SerialGctChar()被中断服务程序调用，如果发送缓冲区至少还有一个字节，Seri-a1GetChar()就返回一个从缓冲区发送的字节。如果缓冲区己空，则SerialGetChar()返回Null，这将使调用停止进一步的发送中断，一直到有数据发送为止。
       4 异步串行通信的接口函数
       应用任务可以通过如下的几个函数来控制和访问UART：SerialCfgPort()、SerialGetChar()、SerialInit()、SerialIsEmpty()、SerialIsFull()和SerialPutChar()。
       SerialCfgPort()用于建立串行端口的特征，在为指定端口调用其他服务前，必须先调用该函数，包括确定波特率、比特数、奇偶校验和停止位等。
       SerialGetChar()使应用程序从接收数据的环状缓冲区中取出数据。