基于双缓冲队列的串口通信模块的研究与实现.doc

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1、基于双缓冲队列的串口通信模块的研究与实现华中科技大学邱鹏卢社阶串口通信模块是单片机系统或者目前的嵌入式系统中常见的组成部分，被广泛的用于系统的调试和与外界的通信。一般的MCU都内置了串口的硬件控制模块，用户只需要编写比较简单的控制程序就可以使用串口通信。尽管如此，在实际使用中，考虑到效率和使用的方便性，有必要对串口通信软件进行仔细的设计，使得通过串口通信的其它软件模块能够比较简单和方便的使用，并且尽量不因为串口通信影响整个系统的性能。下面我们通过讨论常见的串口软件使用的方法，并提出基于一种称之为双缓冲队列的串口缓冲区管理策略的串口软件模块的实现方法和其中要注意的问题。1

2、常用的串口处理方法串口部分的底层软件可以认为是串口的驱动程序，对上层软件而言，它应该提供一种比较自然而简洁的使用方式。以串口的发送为例，使用者可以直接调用一个函数输出一个字符串或者就像在通用平台上使用标准C中的printf函数一样。对上的接口已经确定了，下面我们讨论实现的问题。串口驱动的实现方法通常有两种：1.基于查询的办法。发送过程中不断检测串口硬件的发送缓冲区是不是为空，如果是，发送一个字节。如果还有数据没有发完，继续上述过程。下面以三星的S3C44B0XMCU为例，给出了基于查询方法的串口发送的示意代码。voidUart_SendStr(char*pt){char

3、*p;p=pt;while(*p!=‘’){while(!(rUTRSTAT0&0x2));//等待，直到串口缓冲区为空WrUTXH0(*p++);//发送一个字节}}2.基于中断的方法。在上面的基于查询的方法中，有一个很明显的弊病，那就是在发送一个字符串的过程中，CPU不能去做其它的事情，必须等待全部字符发送完成后返回。以上述MCU为例，其最高主频为66MHz，由于采用的是ARMv4体系结构，可以达到0.9指令每周期，而其串口最高波特率为115200bps，这样就有大量的指令周期被浪费，而且在发送较长的字符串时会严重影响系统的实时性。所以在实际的系统中一般更多的采

4、用中断的方法，发送一个字节之后，转去做其它的处理，发送完后自动进入发送中断，再发送下一个字节。这种方式比查询法提高了CPU的利用率，在串口部分进行发送和移位等操作时，CPU不用干预，但是同时也使串口的软件部分变得比较复杂，需要增加相应的中断服务程序(ISR)以及相关的软件缓冲区的管理。由于中断是由硬件触发的，为了使中断进入后能找到要发送的数据，最直接的办法就是设置一个全局的数组和一个指向待发送数据的指针，这样每次中断进入后就发送指针指向的字节，直到发完。2基于双缓冲队列的方法在采用上述的中断方式之后，进一步考虑整个的处理流程，以及中断服务程序和上层程序交互的方便性，对缓

5、冲区进行了仔细设计。由于串口发送和接收的数据是相对独立的，故将其分开，设置两个缓冲区，一个是发送缓冲区TxBuf，一个是接收缓冲区RxBuf，并为每个缓冲区分别设置两个指针，一个记录中断服务程序将处理的字节，另一个记录使用串口服务的上层程序将处理的字节。以串口发送为例，两个指针分别为inTxBuf,outTxBuf。outTxBuf指向发送中断将要发送的数据，inTxBuf指向上层程序将数据放入缓冲区的起始位置。这种方式我们称之为采用双缓冲队列的方法。这种方法，保证了数据的顺序。在缓冲区够大的情况下，上层程序可以一次将要发送的数据全部放入发送缓冲区中，而不是一次发送一个

6、字节，而且如果多个上层程序调用发送函数也不会造成混乱，因为每次调用时放入了要发送的全部数据。其原理类似于打印机对打印任务队列的管理，多个用户共享一个打印机，并发出各自的打印任务，但是不会出现不同任务的输出交叉的情况。串口的发送和接收这时成为公共的后台任务，只要发送缓冲区中有待发送的数据，就采用中断间歇性的进行发送，产生接收中断时也类似的进行接收，并通知上层程序。下面开始分析具体的实现。以下是关于缓冲区和相关指针的声明：#defineTxBufLen1000#defineRxBufLen200charTxBuf[TxBufLen],RxBuf[RxBufLen];char

7、*inTxBuf,*outTxBuf,*inRxBuf,*outRxBuf;intUartTxCount,UartRxCount;在进行串口的硬件初始化之后，进行缓冲区的初始化，初始化后的缓冲区及其指针如图1所示。图1初始化之后缓冲区和相应指针的示意图以下是串口发送的相关示例代码：//发送中断的ISR采用汇编实现，进行现场保护之后调用UartTx进行后续的处理，//Uart返回后再恢复现场。voidUartTx(void){if(outTxBuf==inTxBuf)//TxBuf空return;WrUartBUF(*outTxBuf);/