痞子衡嵌入式:嵌入式裡串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(輪詢)

痞子衡 發表於 2021-06-14
嵌入式

  大家好,我是痞子衡,是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是嵌入式裡串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現

  本篇是 《串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(中斷)》 的續集,上一篇我們利用 GPIO 模組自帶的下降沿中斷功能實現了 RXD 電平跳變捕捉與計時,今天我們再試試古老的輪詢 RXD 管腳電平的方法去實現同樣的功能。

  輪詢法最大的缺點是會阻塞系統(不考慮 RTOS 排程),但是它也有中斷法所沒有的特點(或者說不太方便做到的),在做輪詢時,我們可以採取一些經典的管腳電平軟體消抖措施,從而降低誤識別率。

一、串列埠(UART)自動波特率識別程式設計

1.1 函式介面定義

  輪詢法與中斷法函式介面保持一致,詳見 《串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(中斷)》 1.1 小節,兩者共享標頭檔案:autobaud.h,這樣方便專案設計時自由切換自動波特率識別方法。

1.2 識別設計思想

  關於識別的思路,輪詢法與中斷法也是一致的,詳見 《串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(中斷)》 1.2 小節,但是輪詢法裡多了手動檢測 RXD 引腳電平下降沿跳變的過程。

  引腳電平跳變檢測其實也很簡單,就是不斷讀取引腳輸入電平值,並比較相鄰兩次輸入電平值,如果發現不一致,則是跳變發生之時。如果前一次電平值是高,那麼此時便是下降沿。

痞子衡嵌入式:嵌入式裡串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(輪詢)

1.3 主程式碼實現

  根據上一小節描述的設計思想,我們很容易寫出下面的主程式碼(autobaud_poll_v2.1.c),程式碼裡痞子衡都做了詳細註釋。相比中斷法原始碼,我們其實只需要修改 autobaud_get_rate() 函式實現如下:

//! @brief 讀取GPIO管腳輸入電平
extern uint32_t read_autobaud_pin(void);

bool autobaud_get_rate(uint32_t *rate)
{
    // 僅當電平為低(非空閒態)時才開始識別
    uint32_t currentEdge = read_autobaud_pin();
    if (currentEdge != 1)
    {
        pin_transition_callback();
        uint32_t previousEdge = currentEdge;
        while (s_transitionCount < kFirstByteRequiredFallingEdges + kSecondByteRequiredFallingEdges)
        {
            // 檢查是否有電平翻轉
            currentEdge = read_autobaud_pin();
            if (currentEdge != previousEdge)
            {
                // 僅當電平翻轉是下降沿時
                if (previousEdge == 1)
                {
                    pin_transition_callback();
                }
                previousEdge = currentEdge;
            }
        }

        // 計算出實際檢測到的波特率值
        uint32_t calculatedBaud =
            (microseconds_get_clock() * (kNumberOfBitsForFirstByteMeasured + kNumberOfBitsForSecondByteMeasured)) /
            (uint32_t)(s_firstByteTotalTicks + s_secondByteTotalTicks);
        // 對實際檢測出的波特率值做對齊處理
        // 公式:rounded = stepSize * (value/stepSize + .5)
        *rate = ((((calculatedBaud * 10) / kAutobaudStepSize) + 5) / 10) * kAutobaudStepSize;

        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}

二、串列埠(UART)自動波特率識別程式實現

  前面講的都是硬體無關設計,但最終還是要落實到具體 MCU 平臺上的,其中 GPIO 讀取部分是跟 MCU 緊相關的。我們以恩智浦 i.MXRT1011 為例來介紹硬體實現。

2.1 軟體消抖實現

  恩智浦 MIMXRT1010-EVK 有板載偵錯程式 DAPLink,這個 DAPLink 中也整合了 USB 轉串列埠的功能,對應的 UART 引腳是 IOMUXC_GPIO_09_LPUART1_RXD 和 IOMUXC_GPIO_10_LPUART1_TXD,我們就選用這個管腳 GPIO1[9] 做自動波特率檢測,引腳電平讀取函式程式碼如下:

#define AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT (20U)

uint32_t read_autobaud_pin(void)
{
    // 多次讀取管腳輸入電平值
    uint32_t readCount = 0;
    for (uint32_t i = 0; i < AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT; i++)
    {
        readCount += GPIO_PinRead(GPIO1, 9);
    }

    // 如某電平值出現機率超過半數,則認定為有效電平
    return (readCount < (AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT / 2)) ? 0 : 1;
}

  關於 I/O 軟體消抖,一般有兩種實現:一、是兩次 I/O 讀取之間加一定延時(us級別),如兩次值一樣,則認定有效,否則重複此過程;二、是多次讀取 I/O 值,取其中出現機率超過一半的那個電平值。前者主要適用按鍵的場景,後者更適用本文輪詢法自動波特率識別場景。

2.2 在MIMXRT1010-EVK上實測

  最後就是在板子上實測,因為在設計上輪詢法與中斷法介面是一致的,因此測試主函式程式碼完全不用修改,詳見 《串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(中斷)》 2.2 小節。測試結果同樣達到了預期效果。

  至此,嵌入式裡串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現痞子衡便介紹完畢了,掌聲在哪裡~~~

歡迎訂閱

文章會同時釋出到我的 部落格園主頁CSDN主頁知乎主頁微信公眾號 平臺上。

微信搜尋"痞子衡嵌入式"或者掃描下面二維碼,就可以在手機上第一時間看了哦。

痞子衡嵌入式:嵌入式裡串列埠(UART)自動波特率識別程式設計與實現(輪詢)