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关于STM32串口溢出问题的心得

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楼主
xyzjacky|  楼主 | 2018-5-17 14:40 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 xyzjacky 于 2018-5-18 09:33 编辑

      很多人在用STM32串口时,会遇到串口一直进中断的问题,这个情况基本上是因为串口溢出而引起的,至于什么是串口溢出的,请另行百度,这里只简单说一下:串口在接收数据过多时,会出现串口溢出错误,并进入溢出中断(ORE中断)。
      至于为什么会溢出,原因多种多样,但是大多数都是串口的中断被别的高优先级中断抢断了(使用中断方式收数据),或者是查询方式下,读串口数据的函数总是被耽搁着,未被执行或执行的频率过低,导致RDR寄存器中的数据没有被及时移走而产生溢出。言而总之,就是数据的读取远远慢于数据的接收(即消费与生产的问题)。
      这里转载了一篇网友的解决办法的**,这是一种解决思路。但是我这里要提出一个问题,即如何避免发生串口溢出中断,优秀的代码是会避免这种事情发生的,而不是发生了才来挽救。串口接收溢出中断其实是一种发生概率相当小的事情,在多数控制设备上,因为按照标准总线协议,或者制定了严谨的私有协议,设备之间的通讯是很有节律的(比如高级通讯接口的协议中往往都设计有心跳包),所以溢出是很难发生的。
      第二,很多人写代码的习惯不好,或者说他还没有系统性架构程序的能力(比如一主多从、一主一从、无主从之分系统的处理机制、中间设备和终端设备的通信处理机制),或对异步串口的工作特性理解有限(比如半双工总线、全双工总线的处理机制、总线数据发生竞争的处理、FIFO与LIFO、使用环形队列实现高效缓存的机理等等),其代码中有多个比串口中断优先级高的中断,而且这些高优先级中断中有大量的代码,或者较为复杂的计算,或者是对中断嵌套处理不当,或者甚至有人在中断里还做了delay这样的一直占着CPU的延时,于是CPU就没有及时去处理串口读数据的代码。这些情况经常会导致通讯丢帧、错位、丢包,甚至是这种一直溢出的问题发生。
      这里本想再讲讲关于通讯机制,关于中断处理,关于任务调度,因为这三点是可以有效避免通讯故障(也包括其他的一些死机情况),但限于本人的能力仅仅是工程经验多,理论体系还不够,无法很详细的讲,怕讲得有问题反而误人子弟。以上提出的说法都是很笼统的在说。
      所以这里把网友的解决办法复制粘贴过来,以作参考。
/********************************************分割线**********以下为网友的帖子**********************************/

问题描述:
在使用USART做串口通讯时,我只把接收中断打开,并设置抢占优先级为最低一个级别,而接收中断上一个优先级处理事情比较多,可能占用了2ms时间。当我使用9600波特率往下位机发送数据,速度非常快,就是一直按回车发!问题就出来,不到1分钟时间,通讯没有反应了。USART配置代码如下:

[cpp] view plain copy
void uart_config(void)  
{  
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;  
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = UART_GetBaud(BaudRate);  
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;  
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;  
    USART_InitStructure.USART_Clock = USART_Clock_Disable;  
    USART_InitStructure.USART_CPOL = USART_CPOL_Low;  
    USART_InitStructure.USART_CPHA = USART_CPHA_2Edge;  
    USART_InitStructure.USART_LastBit = USART_LastBit_Enable;  
    /* Configure USART1 */  
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);  
    /* Enable USART1 receive interrupt */  
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);  
    /* Enable the USART1 */  
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);  
}  

分析问题:

1.为什么没有通讯了?
通过仿真器仿真,发现程序一直进入接收中断中,由于我没有使用中断发送,于是程序就死在了接收中断,也就没有数据发送到电脑上来。接收中断代码如下:
[cpp] view plain copy
void UART_Receive(void)  
{  
   //正在处理上一条通讯,接收到数据不处理  
    if(bRecieveOK)  
    {  
        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  
            USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  
        return;//processing receive data,don't receive again  
    }  
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  
    {  
        if(MoudBusExpir == 0)  
        {  
            ucRcePtr = 0;  
            MoudBusExpir = 20;//50ms  
        }  
        else  
            MoudBusExpir = 20;  
        /* Read one byte from the receive data register */  
        ucRS485Buff[ucRcePtr++] = USART_ReceiveData(USART1);  
        /* Clear the USART1 Receive interrupt */  
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  
    }  
}  

2.为什么会一直跑到接收中断?
断点之后发现(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)==RESET的,也就是说没有数据接收到也进了中断,而且在USART配置中我也只打开了接收中断!没有数据送过来应该是不可能进入中断的!

3.响应了什么中断?
我想通过函数(USART_GetITStatus()把所有中断状态都读出来,但失败了,USART_IT_XXX所有中断状态都是RESET!也就是说没有中断也进入到这个中断服务程序来了!?

4.找资料
STM32F10x微控制器参考手册(2009年12月第10版)P541发现如下说明:

https://bbs.21ic.com/forum.php?mo ... %3D%3D&noupdate=yes

也就是说只要接收中断打开,即RXNEIE设置为1,那么ORE中断也自动打开了。
可是USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE )== RESET!!!!
找到USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE)函数,发现只有当USART_IT_ERR中断使能时,才能读到ORE中断。
在这里要指出这个BUG:产生ORE中断了,但使用USART_GetITStatus()函数却无法读到这个中断被SET起来!

5.把ORE中断标志位清除
既然找到了是什么中断,那么把相应的中断标志位清除,就应该可以了吧?
USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_ORE);
但是,结果是没有任何效果!清除之后,马上读ORE中断状态,USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_ORE)==RESET.程序仍然跑死在接收中断。再使用另一个函数USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE) = SET,原来ORE标志位还没有清除。

6.问题解决
为什么清除不掉?头疼了,再找找资料,有发现,在P523页如下图:
https://bbs.21ic.com/forum.php?mo ... %3D%3D&noupdate=yes

接收中断程序改为(注意这一句://注意!不能使用if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)来判断):

[cpp] view plain copy
void UART_Receive(void)  
{  
    if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE) != RESET)//注意!不能使用if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)来判断  
    {  
        USART_ReceiveData(USART1);  
    }  
   //正在处理上一条通讯,接收到数据不处理  
    if(bRecieveOK)  
    {  
        if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  
            USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  
        return;//processing receive data,don't receive again  
    }  
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  
    {  
        if(MoudBusExpir == 0)  
        {  
            ucRcePtr = 0;  
            MoudBusExpir = 20;//50ms  
        }  
        else  
            MoudBusExpir = 20;  
        /* Read one byte from the receive data register */  
        ucRS485Buff[ucRcePtr++] = USART_ReceiveData(USART1);  
        /* Clear the USART1 Receive interrupt */  
        USART_ClearITPendingBit(USART1, USART_IT_RXNE);  
    }  
}  

总结:
注意问题:1.USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);使能了接收中断,那么ORE中断也同时被开启了。
               2.ORE中断只能使用USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE) 读到(没有使能USART_IT_ERR中断时)
BUG建议:1.在STM32库中,能不能修改USART_GetITStatus()函数对USART_IT_ORE中断的处理?也就是我只要打开了接收中断,那么有ORE中断时,我也能使用USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_ORE)读到.
       其它:在找资料的同时,发现STM32F10x微控制器参考手册(2009年12月第10版)中文翻译P538有错误,如下图:

https://bbs.21ic.com/forum.php?mo ... %3D%3D&noupdate=yes

英文P696如下图:


沙发
yklstudent| | 2018-5-18 06:47 | 只看该作者
说来说去都是自己挖的坑,自己再去填

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板凳
dukedz| | 2018-5-20 16:05 | 只看该作者
本帖最后由 dukedz 于 2018-5-20 16:10 编辑

通讯中断是比较难搞,特别是总线通讯,譬如一条总线 200 台机器,主机轮询一圈共 400 个数据包,对单一设备来说,其中只有 1 个包是需要自己接收的,剩下的包即使自己不关心但也要去接收、校验、解析,然后得出结论:哦,不是我的包,丢掉吧。

这个过程,譬如设备是电机控制,如果通讯优先级较高,那么电机控制就会被频繁中断影响以产生抖动、甚至是故障,如果通讯优先级不是最高,那么又会有一定机率丢失数据包,影响也很坏。

这种情况,对于 STM32, 建议使用 DMA 环型 buffer 来接收数据,可以一定程度上避免中断优先级有关的问题,但无用数据包消耗资源的问题还是存在。
在有条件的情况下,可以使用带协议的独立的 RS485 总线通讯控制器,它可以硬件上过滤掉无用的数据包,同时从硬件上覆盖你所提到的“一主多从、一主一从、无主从之分系统的处理机制”,性能也比软件处理高很多,甚至可以用来多方互传视频。对于软件,可以简单的把 RS485 总线当做全双工来用,就仿佛各节点之间都有独立的 RS232/RS422 线路。

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地板
ringsp| | 2019-1-24 13:07 | 只看该作者
stm32的usart是一种比较复杂的设计,花了90%的控制逻辑去面对不到1%的应用场景,为什么不设计成16550的标准串口。针对那1%的应用,我想终端用户可以通过软硬件的方式去实现的。

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