摘要：本文在探討傳統數據收發不足之后，介紹如何使用帶FIFO的串口來減少接收中斷次數，通過一種自定義通訊協議格式，給出幀打包方法；之后介紹一種特殊的串口數據發送方法，可在避免使用串口發送中斷的情況下，提高系統的響應速度。

1. 簡介

串口由于使用簡單，價格低廉，配合RS485芯片可以實現長距離、抗干擾能力強的局域網絡而被廣泛使用。隨著產品功能的增多，需要處理的任務也越來越復雜，系統任務也越來越需要及時響應。絕大多數的現代單片機（ARM7、Cortex-M3）串口都帶有一定數量的硬件FIFO，本文將介紹如何使用硬件FIFO來減少接收中斷次數，提高發送效率。在此之前，先來列舉一下傳統串口數據收發的不足之處：

每接收一個字節數據，產生一次接收中斷。不能有效的利用串口硬件FIFO，減少中斷次數。

應答數據采用等待發送的方法。由于串行數據傳輸的時間遠遠跟不上CPU的處理時間，等待串口發送完當前字節再發送下一字節會造成CPU資源浪費，不利于系統整體響應（在1200bps下，發送一字節大約需要10ms，如果一次發送幾十個字節數據，CPU會長時間處于等待狀態）。

應答數據采用中斷發送。增加一個中斷源，增加系統的中斷次數，這會影響系統整體穩定性（從可靠性角度考慮，中斷事件應越少越好）。
針對上述的不足之處，將結合一個常用自定義通訊協議，提供一個完整的解決方案。

2. 串口FIFO

串口FIFO可以理解為串口專用的緩存，該緩存采用先進先出方式。數據接收FIFO和數據發送FIFO通常是獨立的兩個硬件。串口接收的數據，先放入接收FIFO中，當FIFO中的數據達到觸發值（通常觸發值為1、2、4、8、14字節）或者FIFO中的數據雖然沒有達到設定值但是一段時間（通常為3.5個字符傳輸時間）沒有再接收到數據，則通知CPU產生接收中斷；發送的數據要先寫入發送FIFO，只要發送FIFO未空，硬件會自動發送FIFO中的數據。寫入發送FIFO的字節個數受FIFO最大深度影響，通常一次寫入最多允許16字節。上述列舉的數據跟具體的硬件有關，CPU類型不同，特性也不盡相同，使用前應參考相應的數據手冊。

3. 數據接收與打包

FIFO可以緩存串口接收到的數據，因此我們可以利用FIFO來減少中斷次數。以NXP的lpc1778芯片為例，接收FIFO的觸發級別可以設置為1、2、4、8、14字節，推薦使用8字節或者14字節，這也是PC串口接收FIFO的默認值。這樣，當接收到大量數據時，每8個字節或者14個字節才會產生一次中斷（最后一次接收除外），相比接收一個字節即產生一個中斷，這種方法串口接收中斷次數大大減少。

將接收FIFO設置為8或者14字節也十分簡單，還是以lpc1778為例，只需要設置UART FIFO控制寄存器UnFCR即可。

接收的數據要符合通訊協議規定，數據與協議是密不可分的。通常我們需要將接收到的數據根據協議打包成一幀，然后交由上層處理。下面介紹一個自定義的協議幀格式，并給出一個通用打包成幀的方法。

自定義協議格式如圖3-1所示。

圖3-1 公司常用通訊協議格式

幀首：通常是3~5個0xFF或者0xEE

地址號：要進行通訊的設備的地址編號，1字節

命令號：對應不同的功能，1字節

長度：數據區域的字節個數，1字節

數據：與具體的命令號有關，數據區長度可以為0，整個幀的長度不應超過256字節

校驗：異或和校驗（1字節）或者CRC16校驗（2字節），本例使用CRC16校驗

下面介紹如何將接收到的數據按照圖3-1所示的格式打包成一幀。

3.1 定義數據結構

1. typedef struct {
2. uint8_t * dst_buf; //指向接收緩存
3. uint8_t sfd; //幀首標志,為0xFF或者0xEE
4. uint8_t sfd_flag; //找到幀首,一般是3~5個FF或EE
5. uint8_t sfd_count; //幀首的個數,一般3~5個
6. uint8_t received_len; //已經接收的字節數
7. uint8_t find_fram_flag; //找到完整幀后,置1
8. uint8_t frame_len; //本幀數據總長度，這個區域是可選的
9. }find_frame_struct;

3.2 初始化數據結構，一般放在串口初始化中
1. /**
2. * @brief 初始化尋找幀的數據結構
3. * @param p_fine_frame:指向打包幀數據結構體變量
4. * @param dst_buf:指向幀緩沖區
5. * @param sfd:幀首標志,一般為0xFF或者0xEE
6. */
7. void init_find_frame_struct(find_frame_struct * p_find_frame,uint8_t *dst_buf,uint8_t sfd)
8. {
9. p_find_frame->dst_buf=dst_buf;
10. p_find_frame->sfd=sfd;
11. p_find_frame->find_fram_flag=0;
12. p_find_frame->frame_len=10;
13. p_find_frame->received_len=0;
14. p_find_frame->sfd_count=0;
15. p_find_frame->sfd_flag=0;
16. }