在UART上下文中，“传输缓冲区”和“接收缓冲区”意味着什么？

Question

我对什么是发送/接收缓冲器的理解主要与以太网系统有关，在整个数据传输之前，有些数据被存储在缓冲区中。在UART中，某些数据存储在UART发送/接收缓冲区中，直到有8位(从而填补了UART容量)，或者当系统被命令从缓冲区发送数据时，这种情况是否相同？

我之所以问这个问题，是因为我看到了一些涉及UART的MSP430FR5994单片机的C代码，我想完全理解这些代码。如果需要更多的信息来回答我的问题，请告诉我。

如果有人感兴趣的话。代码运行良好，我只想知道缓冲区在UART中的作用。

#include <msp430.h>

char RXbuffer[32];
const unsigned char maxRXbytes = sizeof(RXbuffer);
unsigned char RXbytes = 0;

const char message[] = "ok\n";
const unsigned char messageLength = sizeof(message);
unsigned char TXbytes = 0;

int main(void)
{
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;               // Stop Watchdog


    // Configure GPIO
    P2SEL0 &= ~(BIT0 | BIT1);
    P2SEL1 |= (BIT0 | BIT1);                // USCI_A0 UART operation (p93_s)

    // Disable the GPIO power-on default high-impedance mode to activate
    // previously configured port settings
    PM5CTL0 &= ~LOCKLPM5;

    // Startup clock system with max DCO setting ~8MHz
    CSCTL0_H = CSKEY_H;                       // Unlock CS registers
    CSCTL1 = DCOFSEL_3 | DCORSEL;             // Set DCO to 8MHz
    CSCTL2 = SELA__VLOCLK | SELS__DCOCLK | SELM__DCOCLK;
    CSCTL3 = DIVA__1 | DIVS__1 | DIVM__1;     // Set all dividers
    CSCTL0_H = 0;                             // Lock CS registers

    // Configure USCI_A0 for UART mode
    UCA0CTLW0 = UCSWRST;                    // Put eUSCI in reset (p788)
    UCA0CTLW0 |= UCSSEL__SMCLK;             // CLK = SMCLK
    // Baud Rate calculation for 19200
    // 8000000/(16*19200) = 26.042
    // Fractional portion = 0.042
    // User's Guide Table 21-4: UCBRSx = 0xD6
    // UCBRFx = int ( (52.083-52)*16) = 1
    UCA0BRW = 26;                           // 8000000/16/19200, p789
    UCA0MCTLW |= UCOS16 | UCBRF_1 | 0xD600; // UCOS16 = Oversampling enable, used when high frequency clk is used, probably divides everything by 16, UCBRF = fine turner when UCOS16 is active
                                            // 0xD600 is for first 8 bits,
    UCA0CTLW0 &= ~UCSWRST;                  // Initialize eUSCI
    UCA0IE |= UCRXIE;                       // Enable USCI_A0 RX interrupt

    __bis_SR_register(LPM3_bits | GIE);       // Enter LPM3, interrupts enabled
    __no_operation();                         // For debugger
}

#if defined(__TI_COMPILER_VERSION__) || defined(__IAR_SYSTEMS_ICC__)
#pragma vector=EUSCI_A0_VECTOR
__interrupt void USCI_A0_ISR(void)
#elif defined(__GNUC__)
void __attribute__ ((interrupt(EUSCI_A0_VECTOR))) USCI_A0_ISR (void)
#else
#error Compiler not supported!
#endif
{
    switch(__even_in_range(UCA0IV,USCI_UART_UCTXCPTIFG))
    {
      case USCI_NONE: break;
      case USCI_UART_UCRXIFG:

          if(RXbytes < maxRXbytes)
          {
              // Get the byte
              RXbuffer[RXbytes] = UCA0RXBUF;

              // Check for either ASCII carriage return '\r', or linefeed '\n' character.
              // If true enable the TX interrupt to send response message
              if((RXbuffer[RXbytes] == '\r') || (RXbuffer[RXbytes] ==  '\n'))
              {
                  // Start message transmission
                  UCA0IE |= UCTXIE;

                  // Reset receive buffer index
                  RXbytes = 0;
              }
              else
                  RXbytes++;

          }
          break;

      case USCI_UART_UCTXIFG:

          // Transmit the byte
          UCA0TXBUF = message[TXbytes++];

          // If last byte sent, disable the interrupt
          if(TXbytes == messageLength)
          {
              UCA0IE &= ~UCTXIE;
              TXbytes = 0;
          }
          break;

      case USCI_UART_UCSTTIFG: break;
      case USCI_UART_UCTXCPTIFG: break;
      default: break;
    }
}

Answer 1

有软件缓冲区和硬件缓冲区。

UART硬件外设具有硬件缓冲区、rx缓冲器(接收到的数据等待程序处理)和tx缓冲区(数据等待MCU发送)(设置tx完整标志)。在一些MCU中，每个MCU只有1字节大。其他的有一个更大的rx缓冲器遵循FIFO原理。

在您的示例中，UCA0TXBUF似乎是这个tx缓冲区/数据寄存器，显然它只有一个字节大。USCI_UART_UCTXIFG似乎是在传输完成时设置的标志，并且设置为在完成时生成一个中断。

您的示例中的RXbuffer是UART驱动程序使用的软件缓冲区。

与您的问题无关，这段代码有几个问题和潜在的bug等待爆炸：

• 对原始数据使用char总是不正确的，因为char具有实现定义的签名性，如果将原始数据存储在MSB中，则可能会变成负数。它不是一个可移植的类型，不应该用于任何东西，除了文本字符串。使用unsigned char或uint8_t代替。
• 在您的代码中没有针对竞争条件的保护，因此，如果在RXbuffer编写时，主程序正在访问它，那么您将得到各种奇怪的bug。
• 没有针对不正确的编译器优化的保护。如果您的编译器没有意识到ISR从来不被软件调用，而是通过硬件调用，优化器可能会破坏代码。为了防止这种情况，所有共享变量都应该声明为volatile (如果使用DMA缓冲区，情况也是一样)。 查看：

- [Avoiding global variables when using interrupts in embedded systems](https://electronics.stackexchange.com/questions/329339/avoiding-global-variables-when-using-interrupts-in-embedded-systems/329961#329961)
- [Using volatile in embedded C development](https://electronics.stackexchange.com/a/409570/6102)

• 微控制器系统不会从main()返回，因此int main (void)总是错误的。您应该使用实现定义的表单void main (void) (如果与gcc一起编译，则使用-ffreestanding )，并使用for(;;) {}循环结束main()函数。
• 您可能希望处理UART帧错误=数据损坏或错误的波德率，以及UART溢出错误=硬件缓冲区在MCU清空它们之前被覆盖。这些通常也可以通过中断标志获得。