原创 中断方式下进行串口通讯的正确方法

中断方式下进行串口通讯的正确方法

    一般普遍的把串口通讯分为查询方式和中断方式。查询方式比较容易理解，各种书籍上都介绍的比较清楚。但中断方式，没有几本书讲得好的，甚至有些例程根本无法实际应用。
    问题有：
1，半中断法。只使用接收中断，不使用发送中断，发送时还是依靠查询中断标志的办法；如下：
  ES = 0;//若是接收使用中断方式，某些单片机需要关中断。但C51不一定需要。这里只是示例。
  SBUF = needsendchar;
  While (!TI);
  TI = 0;
  ES = 1;
这里的问题是：发送数据时需要等待数据发完才能继续其他工作，程序效率降低；发送时需要关中断，影响数据接收。

2，接收中断的处理方法错误。如下：
  中断程序：
  void ser() interrupt 4 {
    RI = 0;
    temp = SBUF;     //读走数据，放入缓存（全局的）变量
    rx_flag = 1; //设置接收标志
  }
  主程序：
  void main(){
    …;//初始化
    While (1) {
      If (rx_flag ==1){//查询接收标志
        rx_flag = 0; //清楚接收标志
        x = temp; //从暂存变量读取数据
        …;//接收处理
      }
      …;  //其它操作
    }
  }
这里的问题是：如果串口接收数据的间隔时间小于“接收处理”和“其它操作”所用的时间时，接收数据会丢失一部分。

    正确使用中断方式处理串口收发应达到以下目的：
1，完全使用中断控制接收和发送，以达到最快的收发速度。
2，接收和发送互不影响，达到全双工通讯效果。
3，应用程序不发生等待，以达到最高运行效率。

正确的中断发送方法如下：
1，建立一个足够大小的环形发送缓冲区，建立一个信号量（用于指示发送的数据量），建立一个发送标志位（用于指示发送状态）。
2，应用程序将数据写入环形发送缓冲区，查询发送接收标志，若不在发送状态，手动触发中断。
3，产生发送中断时，查询信号量，以判别发送缓冲区内是否有数据；若有，置发送标志位，从缓冲区读取数据发送，累减信号量；若无，清除发送标志位。

C51的例程如下：
//变量定义
#define BUF_SIZE 0x10//环形收发缓冲区长度
//发送参数
char tx_circbuf[BUF_SIZE];//环形发送缓冲区
uint8 tx_sem;//信号量
bool tx_run;//发送标志位
uint8 tx_circin;//进环形缓冲区的位置指示
uint8 tx_circout;//出环形缓冲区的位置指示

//发送初始化程序
void tx_init(void){
  //硬件初始化 略
 
  //发送参数初始化
  tx_sem = 0;
  tx_run = False;
  tx_circin = 0;
  tx_circout = 0;
}

//中断程序
void tx_int(void) interrupt 4 {
  if (TI){
    TI = 0;
    if (tx_sem){
      SBUF = tx_circbuf [tx_circout]; // 发送缓冲区中的字符
      if (++tx_circout >= BUF_SIZE) tx_circout = 0;
      tx_sem--;//累减信号量
      tx_run = True;//置发送标志位
    }
    else tx_run = False;//清除发送标志位
  }
}

//发送处理程序，由应用程序调用
//输入：发送数据指针,发送数据长度
void tx_data(char * txbuf,uint8 len){
  while (len){
    tx_circbuf [tx_circin] = *txbuf++;// 存入数据到发送缓冲区
    if (++tx_circin >= BUF_SIZE) tx_circin = 0;
    tx_sem++;//累减信号量
    len--;
    if (tx_run == False)TI=1;//查询发送状态标志。若发送空闲，触发中断，发送数据的工作由中断程序自动完成。
  }
}

正确的中断接收方法如下：
1，建立一个足够大小的环形接收缓冲区，建立一个信号量（用于指示接收的数据量）。
2，发生接收中断时，读出字节放入接收缓冲区，并累加信号量。
3，应用程序查询接收标志，如信号量不为0，则从接收缓冲区读取数据进行处理，累减信号量。

C51的例程如下：
//变量定义
#define BUF_SIZE 0x10//环形收发缓冲区长度
//接收参数
char rx_circbuf[BUF_SIZE];// 环形接收缓冲区
uint8 rx_sem;// 信号量
uint8 rx_circin;//进环形缓冲区的位置指示
uint8 rx_circout;//出环形缓冲区的位置指示

//接收初始化程序
void rx_init(void){
  //硬件初始化 略

  //接收参数初始化
  rx_sem = 0;
  rx_circin = 0;
  rx_circout = 0;
}

//中断程序
void rx_int(void) interrupt 4 {
  if (RI){
    RI = 0;
    rx_circbuf [rx_circin] = SBUF;// 读出字节放入接收缓冲区
    if (++rx_circin >= BUF_SIZE) rx_circin = 0;
    rx_sem++;//累加信号量
  }
}

//接收处理程序，由应用程序调用
//输出：读出数据指针；返回：接收到的数据长度
uint8 rx_data(char * rxbuf){
  uint8 i;
  i = 0;
  while (rx_sem){
    *rxbuf++ = rx_circbuf [rx_circout];// 从接收缓冲区读取数据
    if (++rx_circout >= BUF_SIZE) rx_circout = 0;
    rx_sem--;//累减信号量
    i++;
  }
  return i;
}

上述的收发中断程序在应用中合并在一起，即：
void uart_init(void) interrupt 4 {
  if (TI){
    TI = 0;
    …;
  }
  if (RI){
    RI = 0;
    …;
  }
}
例程中分开表述，只是为了将流程说得更明白些。

上述例程中，未包含环形收发缓冲区溢出状况的处理，需要时自行添加。

上述例程表明了正确使用中断方式处理串口通讯的思路。当然程序还可以有其它的写法，特别是环形缓冲区中数据出入的方法和信号量的用法。如在有操作系统的情况下，上述信号量的使用就可以得到操作系统更好支持。

完全中断方式收发数据总结：
1。数据的收发操作，完全由中断程序自动进行，可以达到最快的收发速度。即，接收时中断程序负责把数据放入缓冲区，数据的处理由应用程序另行处理；发送时应用程序直接将数据放入缓冲区，启动发送中断后，发送的工作由中断程序自动完成。
2。由于发送的工作完全由中断处理，因此，应用程序将数据放入缓冲区后，就可以继续运行其它工作，这种“发了不管”的方式极大地提高程序运行效率。
3。接收数据时，由中断负责将数据放入缓冲区，再由应用程序处理。应用程序轮询及处理的时间长短，不会影响接收，就不会导致数据丢失。
4。由于应用程序中不出现开关中断的操作，因此，发送和接收互不影响，可以达到全双工收发的效果。

期望上述文字能给予大家借鉴，如有差错，望予指正，谢谢。