“传输缓冲区”是什么意思？和“接收缓冲器”在 UART 上下文中意味着什么？

Question

我对发送/接收缓冲区的理解很大程度上与以太网系统有关，在以太网系统中，在传输整个数据之前，一些数据存储在缓冲区中。这与 UART 是否相同，其中一些数据存储在 UART 发送/接收缓冲区中，直到有 8 位（从而填满 UART 容量）或当系统被命令从缓冲区发送数据时？

我问这个问题的原因是因为我正在查看 MSP430FR5994 MCU涉及UART，我想完全理解代码。如果需要更多信息来回答我的问题，请告诉我。

如果有人感兴趣的话，有问题的代码。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、接收数据等待程序处理的接收缓冲区和数据等待 MCU 发送的发送缓冲区（将设置发送完成标志）。在某些 MCU 中，每个只有 1 字节大。其他的则遵循 FIFO 原则，具有更大的接收缓冲区。

您的示例中的 UCA0TXBUF 似乎是这个 tx 缓冲区/数据寄存器，显然它只有 1 个字节大。 USCI_UART_UCTXIFG 似乎是传输完成时设置的标志，并且设置为在完成时生成中断。

示例中的 RXbuffer 是 UART 驱动程序使用的软件缓冲区。

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与您的问题无关，此代码有几个问题和潜在的错误正在等待爆发：

• 使用char作为原始数据总是不正确的，因为char具有实现定义的签名如果将原始数据存储在 MSB 中，则可能会变成负数。它不是可移植类型，除了文本字符串之外不应该用于任何其他类型。请改用 unsigned char 或 uint8_t。

• 代码中没有针对竞争条件的保护，因此，如果主程序在 ISR 写入时访问 RXbuffer，您将遇到各种奇怪的错误。

• 无法防止错误的编译器优化。如果您的编译器没有意识到 ISR 从来不是由软件调用而是由硬件调用，则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易失性（如果您使用 DMA 缓冲区，情况也是如此）。

  查看：

  • 使用时避免全局变量嵌入式系统中的中断
  • 在嵌入式 C 开发中使用 volat

• 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形式 void main (void)（如果使用 gcc 编译，请使用 -ffreestand）并结束 main() 函数使用 for(;;) {} 循环。

• 您可能想要处理 UART 帧错误 = 数据损坏或错误波特率，以及 UART 溢出错误 = 硬件缓冲区在 MCU 清空之前被覆盖。这些通常也可以通过中断标志来获得。