掌握这招,串口通信高频收发32W数据,0丢包!

2024-06-14 20:36

本文主要是介绍掌握这招,串口通信高频收发32W数据,0丢包!,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

我做过挺多串口通讯类的产品,有用485通讯的pdu,有wifi/4G/蓝牙通讯类的网关...

做串口的应用,把串口外设调通只是第一步,串口只是数据传输的媒介,在此基础上,两个设备/器件要进行通信,传递更有意义的信息,还需要一个通讯协议。

如果没有协议设计经验,可以用标准协议,比如Modbus。

也可以自己设计通信协议,比如我们无际项目特训营的物联网串口通讯协议。

该协议负责网关和云平台/APP的数据交互。

串口通讯的难点和重点,不在于串口外设本身,而是基于串口的增值功能,比如协议设计和解析,其稳定性的考量。

早期做pdu的时候,用485通讯,Modbus协议,我是做从机,当时没什么经验,总是做不稳定,如果是碰上那种对成本要求很苛刻的产品,比如连一个电容钱都要省的,调起来极其恶心,想把公司电脑都砸了。

解析协议数据时,写程序也非常头疼,最常见的就是定义数组作为缓存,去接收数据,不过用这种方式程序写起来比较麻烦,全局变量满天飞。

如果一边接收,一边解析,然后再发送数据,难免会有多个程序同时访问和修改数组的情况,这样管理数据的插入和删除,就会大大增加了程序的复杂性。

如果没有足够的经验,很容易引起数据错乱,丢包,就是一帧协议数据,丢了其中1个或者几个字节。

所以,这篇文章,是解决如何用应对高频数据流的问题,这种方法,不仅仅能用于串口,也适用其它大数据流处理的场景。

这个时候,需要用到一种数据结构,叫队列

队列可以更好地保证数据的完整性和顺序,因为队列是先进先出(FIFO)的数据结构,而数组可能会因为覆盖或重新分配而导致数据顺序混乱。

其实队列,也没想象中这么玄乎,就是在数组/内存里面,写一些入列/出列的小算法,去管理这些数组/内存。

如果想学写队列这种数据结构,我知道的两个渠道。

第一,可以看我2018年录制的那套程序架构教程,里面有手把手教写队列代码的章节。

通过这些结构体,可以根据应用场景,定义不同大小的队列。

然后通过4个函数,去管理定义好的队列,比如清空、入列、出列、判断队列有效数据长度。

这个队列相对简单,缺点是只能入列单个字节的数据类型,不过大多数单片机项目也够用。

第二,RTOS也有队列代码,不过是用链表这种数据结构,更加复杂一点,优点是支持任意数据类型入列。

我一般是用自己写的那个,因为能100%掌控,使用也简单,而且经过了大批量产品验证,稳得一批。

下图是我们用无际单片机特训营项目3做的实验,单片机型号为STM32F103,以10ms的频率发送和接收串口数据,测试了32.5W个字节数据,0丢包。

这个代码,我并没有用DMA,如果用DMA,效率更高。

下面讲下我是怎么做的,其实贼简单。

DebugTxMsg是全局队列,大小为256个字节,这个可以根据单片机资源、实际应用的数据量大小、频率去调节。

当串口收到一个字节数据,我就直接丢进队列里。什么数组下标++,判断数组是否满之类的操作,其实是在队列入列函数里完成的,一次写好后,无限复用。

然后,有专门的函数,用来处理队列的数据,如果判断队列里有数据,就通过串口1再发送出去。

QueueDataOut是一个队列数据出列函数,函数内部实现了先进先出的算法,所以我们完全不用管什么数组下标,数组还有多少数据之类的,也是一次写好,无限复用,大大简化了程序。

hal_debugProc这个函数,是一直main函数里轮询执行的,所以只要队列有数据,就会被发送出去。

这个阶段,能够测试数据接收是否完整,稳定,测试通过以后,再去实现协议解析的代码。

写程序有点像下棋,走一步看百步,前期搭好程序架构,后期做细节功能会很高效稳定。


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