ZynqMP Vitis2021.1 PS UART接收中断及IDLE（超时）中断

2024-02-10 14:32
文章标签 中断 超时 接收 uart ps idle vitis2021.1 zynqmp

本文主要是介绍ZynqMP Vitis2021.1 PS UART接收中断及IDLE（超时）中断，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！

前言：

硬件环境：Xilinx ZynqMP XCZU4EV-SFVC784-1-I

软件环境：Ubuntu20.04LTS + Vivado2021.1 + Vitis2021.1

文章目标：1、UART在正常模式下中断接收的回显例子。

                  2、Xilinx自带UART库代码有点累赘，在例1基础上优化。

                  3、在例2的基础上，添加UART在正常模式下IDLE中断的（接收超时中断）例子。

参考程序：/tools/Xilinx/Vitis/2021.1/data/embeddedsw/XilinxProcessorIPLib/drivers/uartps_v3_11

ZynqMP串口关键功能简介：

1、PS有两个UART外设，分别是UART0和UART1。

2、UART的TX 和 RX都有一个64Byte的FIFO，读写数据都需先经过FIFO。

3、UART支持4种模式。分别是正常模式， 回显模式，本地回环模式， 外部回环模式。 

更多详细信息请看《UG1085 Zynq UltraScale+ Device Technical Reference Manual.pdf》

准备工作：

1、打开Vivado2021.1，创建一个工程，勾选UART0外设，生成导出XSA文件。

2、打开Vitis2021.1，创建一个Platform Project。

 

例1：UART中断接收回显

1、创建一个空白的Application Project，添加main函数文件。

2、在main函数文件中添加如下代码。为了简化代码，故非关键函数不进行任何返回值判断。

#include "stdio.h"
#include "xparameters.h"
#include "xuartps.h"
#include "xscugic.h"#define UART_DEVICE_ID		XPAR_XUARTPS_0_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define UART_INT_IRQ_ID		XPAR_XUARTPS_0_INTRvoid UserHandler(void *CallBackRef, u32 Event, unsigned int EventData);
void Handlers(void *CallBackRef);
int UartPsSend(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes);
int UartPsRev(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes);XUartPs UartPs;			/* Instance of the UART Device */
XScuGic ScuGic;			/* Instance of the Interrupt Controller */int main(void)
{XUartPs_Config *UartPs_Config;XScuGic_Config *ScuGic_Config;/* 1、初始化UART，设置波特率，正常模式 */UartPs_Config = XUartPs_LookupConfig(UART_DEVICE_ID);XUartPs_CfgInitialize(&UartPs, UartPs_Config,UartPs_Config->BaseAddress);XUartPs_SetBaudRate(&UartPs, 115200);XUartPs_SetOperMode(&UartPs, XUARTPS_OPER_MODE_NORMAL);/* 2、初始化中断控制器，中断函数连接到系统，使能中断 */ScuGic_Config = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);XScuGic_CfgInitialize(&ScuGic, ScuGic_Config,ScuGic_Config->CpuBaseAddress);Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler) XScuGic_InterruptHandler, &ScuGic);Xil_ExceptionEnable();/* 3、设置FIFO接收到1个数据触发XUARTPS_IXR_RXOVR标志中断，* 设置UART外设中断处理函数，设置UART用户回调函数，使能UART中断 */XUartPs_SetFifoThreshold(&UartPs, 1);XUartPs_SetInterruptMask(&UartPs, XUARTPS_IXR_RXOVR);XScuGic_Connect(&ScuGic, UART_INT_IRQ_ID, (Xil_ExceptionHandler)XUartPs_InterruptHandler, &UartPs);XUartPs_SetHandler(&UartPs, (XUartPs_Handler)UserHandler, &UartPs);XScuGic_Enable(&ScuGic, UART_INT_IRQ_ID);while(1);return 0;
}void UserHandler(void *CallBackRef, u32 Event, unsigned int EventData)
{u8 ch = 0;XUartPs *UartPsPtr = (XUartPs *) CallBackRef ;/* UART中断标志XUARTPS_IXR_RXOVR对* 应事件XUARTPS_EVENT_RECV_DATA */if (Event == XUARTPS_EVENT_RECV_DATA){XUartPs_Recv(UartPsPtr, &ch, 1);XUartPs_Send(UartPsPtr, &ch, 1);}
}

 注意：

  • 代码设置了接收1个字节就触发中断，故在用户回调函数UserHandler()中，一旦接收到了数    据，必须把数据从缓存区取出。否则后面再来数据中断会不触发。
  • 在用户回调函数UserHandler()中，使用入参变量EventData前需用XUartPs_Recv()初始化。
  • UART中断标志对应事件的关系，需要通过看XUartPs_InterruptHandler()函数源码获知。
  • debug模式下，中断函数不可打断点。

现象：程序下载运行。PC的串口助手发送什么数据，ZynqMP就把数据发回去。 

例2：优化例1代码

优化方向：

  • 官方例程中系统中断处理函数调用的是XUartPs_InterruptHandler()函数，再由该函数以事件的方式通知用户回调函数而且事件类型和中断标志还需看函数源码才能获取。故舍弃这个函数，但参考这个函数我们自己写一个UART中断处理函数。
  •  Xilinx UART库的XUartPs_Recv()和XUartPs_Send()源码非常累赘流程繁琐，故我们参考这两个函数，自己写收发函数。

优化后的代码如下：

#include "stdio.h"
#include "xparameters.h"
#include "xuartps.h"
#include "xscugic.h"#define UART_DEVICE_ID		XPAR_XUARTPS_0_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define UART_INT_IRQ_ID		XPAR_XUARTPS_0_INTRvoid UserIRQHandler(void *CallBackRef);
int MyXUartPs_Send(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes);
int MyXUartPs_Recv(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes);XUartPs UartPs;			/* Instance of the UART Device */
XScuGic ScuGic;			/* Instance of the Interrupt Controller */int main(void)
{XUartPs_Config *UartPs_Config;XScuGic_Config *ScuGic_Config;/* 1、初始化UART，设置波特率，正常模式 */UartPs_Config = XUartPs_LookupConfig(UART_DEVICE_ID);XUartPs_CfgInitialize(&UartPs, UartPs_Config,UartPs_Config->BaseAddress);XUartPs_SetBaudRate(&UartPs, 115200);XUartPs_SetOperMode(&UartPs, XUARTPS_OPER_MODE_NORMAL);/* 2、初始化中断控制器，中断函数连接到系统，使能中断 */ScuGic_Config = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);XScuGic_CfgInitialize(&ScuGic, ScuGic_Config,ScuGic_Config->CpuBaseAddress);Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler) XScuGic_InterruptHandler, &ScuGic);Xil_ExceptionEnable();/* 3、设置FIFO接收到1个数据触发XUARTPS_IXR_RXOVR标志中断，* 设置UART外设中断处理函数，设置UART用户回调函数，使能UART中断 */XUartPs_SetFifoThreshold(&UartPs, 1);XUartPs_SetInterruptMask(&UartPs, XUARTPS_IXR_RXOVR);XScuGic_Connect(&ScuGic, UART_INT_IRQ_ID, (Xil_ExceptionHandler)UserIRQHandler, &UartPs);XScuGic_Enable(&ScuGic, UART_INT_IRQ_ID);while(1);return 0;
}void UserIRQHandler(void *CallBackRef)
{u8 ch = 0;u32 IsrStatus;XUartPs *UartPsPtr = (XUartPs *) CallBackRef ;// 读取中断状态和使能位IsrStatus = XUartPs_ReadReg(UartPsPtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_IMR_OFFSET);IsrStatus &= XUartPs_ReadReg(UartPsPtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_ISR_OFFSET);// RX FIFO 阈值触发中断if(IsrStatus & XUARTPS_IXR_RXOVR != 0){MyXUartPs_Recv(UartPsPtr, &ch, 1);MyXUartPs_Send(UartPsPtr, &ch, 1);}// 清除中断状态标志位XUartPs_WriteReg(UartPsPtr->Config.BaseAddress, XUARTPS_ISR_OFFSET,IsrStatus);
}int MyXUartPs_Send(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes)
{u32 SentCount = 0U;while (NumBytes > SentCount){// TX FIFO 未满，继续填充数据if (!XUartPs_IsTransmitFull(InstancePtr->Config.BaseAddress)){XUartPs_WriteReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_FIFO_OFFSET,((u32)BufferPtr[SentCount]));SentCount++;}}return SentCount;
}int MyXUartPs_Recv(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes)
{u32 ReceivedCount = 0;u32 CsrRegister;// 读取RX FIFO状态CsrRegister = XUartPs_ReadReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_SR_OFFSET);// 循环条件：读取RX FIFO状态为非空 且 接收长度未达到。while((ReceivedCount < NumBytes) &&	(((CsrRegister & XUARTPS_SR_RXEMPTY) == (u32)0))){BufferPtr[ReceivedCount] = XUartPs_ReadReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_FIFO_OFFSET);ReceivedCount++;CsrRegister = XUartPs_ReadReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_SR_OFFSET);}return ReceivedCount;
}

注意：

  • 无论是我写的MyXUartPs_Recv和MyXUartPs_Send还是官方库的XUartPs_Recv()和XUartPs_Send()函数都没有超时退出机制，在中断使用的时候注意一下或者自己再修改一下加上超时退出。

 现象：程序下载运行。PC的串口助手发送什么数据，ZynqMP就把数据发回去。 

例3：IDLE中断（接收超时中断）

       一般场景下UART协议都是不定长协议，故都是在中断1个字节1个字节地收到数据，中断在接收完1个字节后还要进行协议解析，非常浪费CPU资源且中断占时长。

        IDLE空闲中断的加入就刚刚好解决了这个痛点，毕竟一帧协议数据传输都是传输到最后一个字节完成才开始解析才有意义，在协议传输中的任意时刻解析都是无意义的，且一帧协议传输完成后往往会留有足够的时间去让CPU解析处理。

        IDLE中断其实应该叫接收超时中断。一帧协议的数据肯定是连续发送的，一个数据接收完成后在等待下一个数据来临时，假如下个数据在规定时间内没传出过来，那么就代表一帧数据传输完了，可以进行处理数据了。

        而Xilinx ZynqMP就有这个接收超时中断标志位XUARTPS_IXR_TOUT，故利用该标志位即可做到IDLE空闲中断的效果。

代码如下所示：

#include "stdio.h"
#include "xparameters.h"
#include "xuartps.h"
#include "xscugic.h"#define UART_DEVICE_ID		XPAR_XUARTPS_0_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define UART_INT_IRQ_ID		XPAR_XUARTPS_0_INTR
#define	CH_BUF_SIZE			256void UserIRQHandler(void *CallBackRef);
int MyXUartPs_Send(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes);
int MyXUartPs_Recv(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes);XUartPs UartPs;			/* Instance of the UART Device */
XScuGic ScuGic;			/* Instance of the Interrupt Controller */
u32 buf_index = 0;
u8 ch_buf[CH_BUF_SIZE] = {0};int main(void)
{XUartPs_Config *UartPs_Config;XScuGic_Config *ScuGic_Config;/* 1、初始化UART，设置波特率，正常模式 */UartPs_Config = XUartPs_LookupConfig(UART_DEVICE_ID);XUartPs_CfgInitialize(&UartPs, UartPs_Config,UartPs_Config->BaseAddress);XUartPs_SetBaudRate(&UartPs, 115200);XUartPs_SetOperMode(&UartPs, XUARTPS_OPER_MODE_NORMAL);/* 2、初始化中断控制器，中断函数连接到系统，使能中断 */ScuGic_Config = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);XScuGic_CfgInitialize(&ScuGic, ScuGic_Config,ScuGic_Config->CpuBaseAddress);Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT,(Xil_ExceptionHandler) XScuGic_InterruptHandler, &ScuGic);Xil_ExceptionEnable();/* 3、设置超时接收值，设置FIFO接收到1个数据触发标志中断及超时中断，* 设置UART外设中断处理函数，设置UART用户回调函数，使能UART中断 */XUartPs_SetRecvTimeout(&UartPs, 8);XUartPs_SetFifoThreshold(&UartPs, 1);XUartPs_SetInterruptMask(&UartPs, XUARTPS_IXR_RXOVR | XUARTPS_IXR_TOUT);XScuGic_Connect(&ScuGic, UART_INT_IRQ_ID, (Xil_ExceptionHandler)UserIRQHandler, &UartPs);XScuGic_Enable(&ScuGic, UART_INT_IRQ_ID);while(1);return 0;
}void UserIRQHandler(void *CallBackRef)
{u32 IsrStatus;XUartPs *UartPsPtr = (XUartPs *) CallBackRef ;// 读取中断状态和使能位IsrStatus = XUartPs_ReadReg(UartPsPtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_IMR_OFFSET);IsrStatus &= XUartPs_ReadReg(UartPsPtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_ISR_OFFSET);// RX FIFO 阈值触发中断if((IsrStatus & XUARTPS_IXR_RXOVR) != 0){MyXUartPs_Recv(UartPsPtr, &ch_buf[buf_index], 1);buf_index++;}// RX 超时中断if((IsrStatus & XUARTPS_IXR_TOUT) != 0){MyXUartPs_Send(UartPsPtr, ch_buf, buf_index);buf_index = 0;}// 清除中断状态标志位XUartPs_WriteReg(UartPsPtr->Config.BaseAddress, XUARTPS_ISR_OFFSET,IsrStatus);
}int MyXUartPs_Send(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes)
{u32 SentCount = 0U;while (NumBytes > SentCount){// TX FIFO 未满，继续填充数据if (!XUartPs_IsTransmitFull(InstancePtr->Config.BaseAddress)){XUartPs_WriteReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_FIFO_OFFSET,((u32)BufferPtr[SentCount]));SentCount++;}}return SentCount;
}int MyXUartPs_Recv(XUartPs *InstancePtr, u8 *BufferPtr, u32 NumBytes)
{u32 ReceivedCount = 0;u32 CsrRegister;// 读取RX FIFO状态CsrRegister = XUartPs_ReadReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_SR_OFFSET);// 循环条件：读取RX FIFO状态为非空 且 接收长度未达到。while((ReceivedCount < NumBytes) &&	(((CsrRegister & XUARTPS_SR_RXEMPTY) == (u32)0))){BufferPtr[ReceivedCount] = XUartPs_ReadReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_FIFO_OFFSET);ReceivedCount++;CsrRegister = XUartPs_ReadReg(InstancePtr->Config.BaseAddress,XUARTPS_SR_OFFSET);}return ReceivedCount;
}

        代码XUARTPS_IXR_RXOVR 中断先是1个字节1个字节接收数据放到缓存区，然后等待 XUARTPS_IXR_TOUT超时中断再处理打印出来。        

        使用接收超时中断标志位XUARTPS_IXR_TOUTX前需要设置超时的比特时钟（波特率时钟），而设置比特时钟则是用函数XUartPs_SetRecvTimeout(XUartPs *InstancePtr, u8 RecvTimeout)，超时比特时钟 = RecvTimeout * 4。

        文中我设置RecvTimeout = 8，那么超时比特时钟 = 32。而一个字符按照默认帧格式是：8个数据bit，1个停止bit，起始1bit，默认无奇偶，无流控，即10bit。故超时比特时钟为32的话大概3个字节多2个比特时钟。

        9600bps：那么每1bit的时间就是1/9600秒=104.16。

        115200bps: 那么每1bit的时间就是1/115200秒=8.68us。

        我现在使用的串口波特率是115200bps，故32个bit时钟等于 8.68us * 32 = 277.76us超时。

 现象：程序下载运行。PC的串口助手发送什么数据，ZynqMP就把数据发回去。 

        若还想提升效率可以把XUARTPS_IXR_RXOVR中断阈值设置成（最大）64字节，然后一帧数据大于64字节则由XUARTPS_IXR_RXOVR中断放置缓存区，小于则由XUARTPS_IXR_TOUTX中断先把FIFO缓存区数据获取，再处理。

全篇完。

本人是一个嵌入式未入门小白，博客仅仅代表我个人主观见解，记录成长笔记。
若有与 大神大大 见解有歧义，我绝对坚信 大神大大 见解是对的，我的是错的。
感谢~！

这篇关于ZynqMP Vitis2021.1 PS UART接收中断及IDLE（超时）中断的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/697359。

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