UART 上下文中的“發送緩沖區”和“接收緩沖區”是什么意思？

Question

我對什么是傳輸/接收緩沖區的理解主要與 ethe.net 系統有關，其中一些數據在傳輸整個數據之前存儲在緩沖區中。 這與 UART 是否相同，其中一些數據存儲在 UART 發送/接收緩沖區中，直到有 8 位（從而填滿 UART 容量）或當系統被命令從緩沖區發送數據時？

我問這個的原因是因為我正在查看一些涉及 UART 的 MSP430FR5994 MCU的 C 代碼，我想完全理解這些代碼。 如果需要更多信息來回答我的問題，請告訴我。

有問題的代碼，如果有人感興趣的話。 代碼運行良好，我只想知道緩沖區在 UART 中的作用。

#include <msp430.h>

char RXbuffer[32];
const unsigned char maxRXbytes = sizeof(RXbuffer);
unsigned char RXbytes = 0;

const char message[] = "ok\n";
const unsigned char messageLength = sizeof(message);
unsigned char TXbytes = 0;

int main(void)
{
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;               // Stop Watchdog


    // Configure GPIO
    P2SEL0 &= ~(BIT0 | BIT1);
    P2SEL1 |= (BIT0 | BIT1);                // USCI_A0 UART operation (p93_s)

    // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode to activate
    // previously configured port settings
    PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;

    // Startup clock system with max DCO setting ~8MHz
    CSCTL0_H = CSKEY_H;                       // Unlock CS registers
    CSCTL1 = DCOFSEL_3 | DCORSEL;             // Set DCO to 8MHz
    CSCTL2 = SELA__VLOCLK | SELS__DCOCLK | SELM__DCOCLK;
    CSCTL3 = DIVA__1 | DIVS__1 | DIVM__1;     // Set all dividers
    CSCTL0_H = 0;                             // Lock CS registers

    // Configure USCI_A0 for UART mode
    UCA0CTLW0 = UCSWRST;                    // Put eUSCI in reset (p788)
    UCA0CTLW0 |= UCSSEL__SMCLK;             // CLK = SMCLK
    // Baud Rate calculation for 19200
    // 8000000/(16*19200) = 26.042
    // Fractional portion = 0.042
    // User's Guide Table 21-4: UCBRSx = 0xD6
    // UCBRFx = int ( (52.083-52)*16) = 1
    UCA0BRW = 26;                           // 8000000/16/19200, p789
    UCA0MCTLW |= UCOS16 | UCBRF_1 | 0xD600; // UCOS16 = Oversampling enable, used when high frequency clk is used, probably divides everything by 16, UCBRF = fine turner when UCOS16 is active
                                            // 0xD600 is for first 8 bits,
    UCA0CTLW0 &= ~UCSWRST;                  // Initialize eUSCI
    UCA0IE |= UCRXIE;                       // Enable USCI_A0 RX interrupt

    __bis_SR_register(LPM3_bits | GIE);       // Enter LPM3, interrupts enabled
    __no_operation();                         // For debugger
}

#if defined(__TI_COMPILER_VERSION__) || defined(__IAR_SYSTEMS_ICC__)
#pragma vector=EUSCI_A0_VECTOR
__interrupt void USCI_A0_ISR(void)
#elif defined(__GNUC__)
void __attribute__ ((interrupt(EUSCI_A0_VECTOR))) USCI_A0_ISR (void)
#else
#error Compiler not supported!
#endif
{
    switch(__even_in_range(UCA0IV,USCI_UART_UCTXCPTIFG))
    {
      case USCI_NONE: break;
      case USCI_UART_UCRXIFG:

          if(RXbytes < maxRXbytes)
          {
              // Get the byte
              RXbuffer[RXbytes] = UCA0RXBUF;

              // Check for either ASCII carriage return '\r', or linefeed '\n' character.
              // If true enable the TX interrupt to send response message
              if((RXbuffer[RXbytes] == '\r') || (RXbuffer[RXbytes] ==  '\n'))
              {
                  // Start message transmission
                  UCA0IE |= UCTXIE;

                  // Reset receive buffer index
                  RXbytes = 0;
              }
              else
                  RXbytes++;

          }
          break;

      case USCI_UART_UCTXIFG:

          // Transmit the byte
          UCA0TXBUF = message[TXbytes++];

          // If last byte sent, disable the interrupt
          if(TXbytes == messageLength)
          {
              UCA0IE &= ~UCTXIE;
              TXbytes = 0;
          }
          break;

      case USCI_UART_UCSTTIFG: break;
      case USCI_UART_UCTXCPTIFG: break;
      default: break;
    }
}

Answer 1

有軟件緩沖區和硬件緩沖區。

UART 硬件外設具有硬件緩沖區、接收數據等待程序處理的 rx 緩沖區和數據等待 MCU 傳輸的 tx 緩沖區（將設置 tx 完成標志）。 在某些 MCU 中，每個只有 1 個字節大。 其他人有更大的 rx 緩沖區遵循 FIFO 原則。

您的示例中的UCA0TXBUF似乎是這個 tx 緩沖區/數據寄存器，顯然它只有 1 個字節大。 USCI_UART_UCTXIFG似乎是傳輸完成時設置的標志，它設置為在完成時生成中斷。

示例中的RXbuffer是 UART 驅動程序使用的軟件緩沖區。

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與您的問題無關，這段代碼有幾個問題和潛在的錯誤等待爆發：

• 將char用於原始數據總是不正確的，因為char具有實現定義的符號，如果將原始數據存儲在 MSB 中，則可能會變成負數。 它不是可移植類型，除了文本字符串外，不應該用於任何其他用途。 請改用unsigned char或uint8_t 。

• 您的代碼中沒有針對競爭條件的保護，因此如果主程序在 ISR 寫入RXbuffer時訪問它，您將遇到各種奇怪的錯誤。

• 沒有針對不正確的編譯器優化的保護。 如果您的編譯器沒有意識到 ISR 永遠不會被軟件調用，而是由硬件調用，則優化器可能會破壞代碼。 為防止這種情況，所有共享變量都應聲明為volatile的（如果您改用 DMA 緩沖區，情況也是如此）。

  查看：

  • 在嵌入式系統中使用中斷時避免使用全局變量
  • 嵌入式C開發中使用volatile

• 微控制器系統不會從 main() 返回，因此int main (void)總是錯誤的。 您應該使用實現定義的形式void main (void) （如果使用 gcc 編譯則使用-ffreestanding ）並使用for(;;) {}循環結束main() function。

• 您可能想要處理 UART 幀錯誤 = 數據損壞或波特率錯誤，以及 UART 溢出錯誤 = 硬件緩沖區在 MCU 清空之前被覆蓋。 這些通常也可以通過中斷標志獲得。