基于DSP2812的雙緩沖串口程序設計

湖南湘潭江南機器集團有限公司 王 剛 林明輝

引言

TMS32OF2812是國內廣大的工程技術人員非常熟悉一種DSP芯片，它速度快，功能強，廣泛應用于電機控制，電力電子等領域。如何高效可靠的實現DSP與上位PC機或其它從機間的串行通訊，是DSP系統開發的一個基本問題。本文將以DSP2812為例，針對這一問題展開討論，并給出一種切實可行的解決方案。

1.常用串口收發程序及其存在的問題

常用的串口發送程序如下所示，以DSP2812的SCIA發送一字節數據為例：

DSP每收到一個字節的數據都會進入中斷，當接收的數據量較大時，會占用較多的CPU資源，效率低。

2.FIFO控制寄存器設置和使用隊列數據結構的說明

DSP2812含有一個16級深度的發送/接收FIFO。使用FIFO可以減少收發數據的延遲和對CPU資源的占用，高效的實現串口數據收發。

FIFO是一個緩沖寄存器，通過FIFO發送數據時，可以一次性連續寫入多個數據（最多16個），DSP會自動將這些數據發送出去，無需CPU干預，還可以設置發送完成后進中斷；通過FIFO接收數據時，經由設置SCIFFRX寄存器，可以實現接收若干個字節的數據后（最多16個）進入中斷，在中斷中處理這些數據，這就減少了接受多個數據時，CPU進中斷的次數，提高了效率。

（1）如何訪問FIFO

寫發送FIFO通過SCITXBUF寄存器，讀接收FIFO通過SCIRXBUF寄存器。

（2）FIFO中斷

FIFO模式有兩個中斷，一個用于FIFO發送，一個用于FIFO接收。對于FIFO發送中斷來說，當使能FIFO，且使能TXFIFO中斷后，標準的TXINT將不再起作用，該中斷僅作為SCI FIFO發送中斷工作；對于串行接收中斷而言，RXINT中斷是SCI FIFO接收、接收錯誤和接收FIFO溢出的共同中斷。

FIFO發送和接收中斷都可以設置為匹配中斷。對FIFO發送來說，SCIFFTX寄存器中的位TXFFST4-O表明當前的發送FIFO中有多少個字節的數據，位TXFFIL4-O為用戶設定的接收FIFO中斷匹配級別，當TXFFST4-O的值小于或等于TXFFIL4-O的值時，產生發送匹配中斷；對FIFO接收來說，SCIFFRX寄存器中的位RXFIFST4-O表明當前接收FIFO中有多少個字節的數據，位RXFFIL4-O為用戶設定的發送FIFO中斷匹配級別，當RXFIFST4-O的值大于或等于RXFFIL4-O的值時，產生接收匹配中斷。

FIFO寄存器可以設置為：

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/*使能FIFO，發送FIFO空，禁用TXFIFO中斷，清除TXFIFO中斷標志，使能TXFFIVL匹配中斷，匹配值為O，即：當TXFIFO中數據為O時進入發送中斷。*/

SciaRegs.SCIFFTX.all=OxeO6O;

/*清RXFFOVF標志，使能FIFO接收，接收FIFO空，清除RXFFINT中斷標志，使能RXFFIVL匹配中斷，匹配值為16，即：FIFO中的數據大于等于16時進入發送中斷*/

SciaRegs.SCIFFRX.all=Ox6O7O;

/*禁止串口自動檢測波特率*/

SciaRegs.SCIFFCT.all=O;

程序使用隊列數據結構，可以更好的將串口程序模塊化。同時，利用隊列對串行數據再做一級緩沖，不僅保證了數據的順序，而且解除了使用FIFO最多一次寫入16個字節的限制，最多能寫入的數據個數取決于隊列緩沖區的大小，而這是由用戶定義的。只要發送隊列緩沖區中有待發送的數據，就采用中斷間歇性的進行發送。串行接收采用類似方式，接收到一定數量的數據后再通知上層程序，CPU不必頻繁進入中斷。

隊列是一種先入先出的線性表，它只允許在表的一端寫入數據，而在另一端讀取數據。它的操作一般有以下函數：

//獲取隊列中的數據，buf為指向隊列的指針，rdata為指向讀到的數據的指針

QueueRead(unsigned char *rdata,void *buf);

//向隊列中寫入數據，buf為指向隊列的指針，wdata為要寫入的數據

QueueWrite(void *buf,unsigned char wdata);

//獲取隊列中元素個數

QueueNData(void *Buf)

本文使用了兩個隊列來對串行數據進行緩沖，一個是DSP串行發送數據的隊列TxQueue，另一個是DSP串行接收數據的隊列RxQueue。各有1OO級深度。

3.串行發送

利用隊列和FIFO的串口發送程序由兩部分組成。一部分是供主程序調用的應用型函數，另一部分為中斷程序，它完成數據的發送。以下是一個應用型函數的例子，DSP2812串行發送一個字節的數據：

SciaSendChar(unsigned char sChar)函數由主函數調用，它將要發送的數據入隊。而后使能FIFO發送中斷。

在上文的FIFO設置中，已設置當TXFIFO中數據為O時進入發送中斷，由于串行通訊開始前TXFIFO中并無數據，所以一旦FIFO發送中斷打開，就立即進入該中斷程序。

串行發送中斷程序的一種寫法：

串行數據的發送是在中斷中完成的，只要發送隊列中還有數據，就會間歇性進入該中斷，中斷程序會判斷當前發送隊列還有多少個元素等待發送，若不足16個，則把數據全部寫入FIFO，若大于16個，則寫入16個，寫入FIFO的數據，DSP會自動發送出去，無需CPU的干預。當發送隊列中無數據時，則判定為發送完，關閉中斷，防止因FIFO空而反復進入該中斷。

若CPU有其他的關鍵進程需要響應，則可以把該關鍵進程的中斷優先級設置得高于串行發送中斷，這樣在發送數據時依然可以響應關鍵進程。

4.串行接收

利用FIFO的串行接收程序同樣由兩部分組成，一部分是串行接收中斷，另一部分是從串行接收隊列中取數的程序。

串行接收中斷的一種實現方法：在上文的FIFO設置中，我們令FIFO中的數據大于等于16時進入串行接收中斷，中斷程序只需要取出數據并將之存往串行接收隊列RxQueue即可。在這里有一個隱含的約定，即，串行接收的數據數量必須大于等于16字節，否則由于串行接收匹配中斷的執行條件不滿足，將導致該中斷不執行，無法處理FIFO接收的數據。

在主函數或其他中斷程序（如定時中斷）中再處理RxQueue中接收到的數據，這樣處理起來非常靈活，實際應用中可根據需要編寫程序。下面給出在主函數中處理RxQueue的一個簡單例子供參考。

總結

本文提出了一種工程上實用的DSP串行通訊的方法。該方法采用DSP的FIFO和數據隊列對串行數據進行了兩級雙向緩沖，利用中斷完成數據收發，有實時性好，可靠性高等優點，可以方便的移植到其他芯片上，有一定的通用性。該程序已在作者的一個項目中得到應用，運行穩定。

[1]TMS320x281x Serial Communications Interface(SCI)Reference Guide.TI公司,2009,7.

[2]嚴蔚敏,吳偉民編著.數據結構(C語言版)[M].2002,9.

[3]陳明計,等編著.嵌入式實時操作系統Small RTOS51原理與應用[M].2005,7.