RT-Thread串口接收的BUG(DMA缓存区太小)

Posted 2023-05-15 Rabbit-susu

RT-Thread串口接收的问题(ringbuffer溢出)

• 问题描述
• 问题是怎么发生的
• 目前的解决方式

问题描述

串口+DMA接收数据,发送数据一般会用到缓存区.这几天使用UART+DMA+ringbuff+缓存区的方式处理json数据时,发现程序会跑飞,也就是ringbuffer溢出.
按理说,官方的代码应该不会有什么问题,但问题就是在这,不清楚是中断的问题,还是缓存区的问题.

问题是怎么发生的:

• 首先,如下代码:

#define RT_SERIAL_RB_BUFSZ      128

RT_SERIAL_RB_BUFSZ这个宏决定了DMA的buffer大小和serial的ringbuffer大小.

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• 配置 DMA buffer 大小的代码如下:

/* enable interrupt */
if (flag == RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX)

    rx_fifo = (struct rt_serial_rx_fifo *)serial->serial_rx;
    /* Start DMA transfer */
    if (HAL_UART_Receive_DMA(&(uart->handle), rx_fifo->buffer, serial->config.bufsz) != HAL_OK)
    
        /* Transfer error in reception process */
        RT_ASSERT(0);
    
    CLEAR_BIT(uart->handle.Instance->CR3, USART_CR3_EIE);
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&(uart->handle), UART_IT_IDLE);

• 分配 serial 的 ringbuffer 大小的代码如下:

struct rt_serial_rx_fifo* rx_fifo;

rx_fifo = (struct rt_serial_rx_fifo*) rt_malloc (sizeof(struct rt_serial_rx_fifo) + serial->config.bufsz);
RT_ASSERT(rx_fifo != RT_NULL);
rx_fifo->buffer = (rt_uint8_t*) (rx_fifo + 1);
rt_memset(rx_fifo->buffer, 0, serial->config.bufsz);
rx_fifo->put_index = 0;
rx_fifo->get_index = 0;
rx_fifo->is_full = RT_FALSE;
serial->serial_rx = rx_fifo;
/* configure fifo address and length to low level device */
serial->ops->control(serial, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, (void *) RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX);

通过RT-Thread的源码可知 DMA buffer 和 serial 的 ringbuffer 公用一个 buffer.

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我发送的数据长度为129,发送间隔>250ms(就是象征性表示这个速度不快),连续发几帧(没摸到规律,一般是4帧有时候也不一定),就会出现这个问题.
当然之前发送的是192+bytes的数据,现象一样的.

hard fault on handler

bus fault:
SCB_CFSR_BFSR:0x04 IMPRECISERR

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• 串口的回调函数为

rt_err_t uart2_input(rt_device_t device, size_t size)

    rt_mb_send(&serial2_rx_mb, size);
    return RT_EOK;

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• 这是线程中读取的代码,使用的邮箱来阻塞线程.

rt_uint8_t buffer[512] = 0;
/* 省略一部分无关代码 */
result = rt_mb_recv(&serial2_rx_mb, &length, RT_WAITING_FOREVER);
/* 省略一部分无关代码 */
result = rt_device_read(device,0,buffer,length);
LOG_D("r_len:%d", result);
i = i+result;

通过LOG_D输出result,length这俩变量的值.

上面这个图没有加入这段代码:

cjson_ptr = cJSON_Parse((char *)json_buffer);
LOG_I("%s", cJSON_GetErrorPtr());
if(cjson_ptr == NULL)

    LOG_I("cJSON_Parse failed");
    continue;

加入这段cJSON的防错代码之后.

目前的解决方式:

增加DMA buffer的大小RT_SERIAL_RB_BUFSZ

#define RT_SERIAL_RB_BUFSZ      256

目的是确保一帧数据(这里就是一帧JSON报文),小于这个RT_SERIAL_RB_BUFSZ.
这样,就可以在1帧/100ms的速度下,可以稳定的运行,不出现错误.

本文来自博客园，作者：当最后一片树叶落下，转载请注明原文链接：https://www.cnblogs.com/Rabbit-susu/p/17400727.html

RT-Thread uart2串口dma idle接收不断帧

硬件STM32F407，IDE使用RT-Thread Studio。

uart2串口使用这两个引脚：

功能	IO端口
UART2-TX	PA2
UART2-RX	PA3

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UART2 - DMA接收配置

• 先使能DMA接收，RX缓冲区可以稍微调大些。
  

• board.h 中添加宏，来使能 RX_DMA。
  

• 既然都打开了 board.h，再顺便把时钟源改为外部晶振。
  

• 编写 UART2 DMA 接收测试代码。

• 发生接收事件后，会触发回调。回调内记录本次接收的消息长度，并发送信号量。线程内接收到信号量后开始执行后续的任务，调试输出接收到的长度和内容。
  main.c

#include <rtthread.h>

#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>

#include "drivers/serial.h"
rt_device_t u2_dev = RT_NULL;
struct serial_configure u2_cfg = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;
struct rt_semaphore u2_rx_sem;
rt_thread_t u2_recv_thread;

rt_size_t u2_rx_len = 0;
rt_err_t u2_rx_callback(rt_device_t dev, rt_size_t size)

    u2_rx_len = size; // 记录消息长度
    rt_sem_release(&u2_rx_sem);
    return RT_EOK;


void u2_recv_entry(void *parameter)

    char rx_buf[256];
    rt_size_t len = 0;
    while (1) 
        rt_sem_take(&u2_rx_sem, RT_WAITING_FOREVER); // 等待信号量
        len = rt_device_read(u2_dev, 0, rx_buf, u2_rx_len);
        rx_buf[len] = '\\0';
        rt_kprintf("u2 recv: %d, %s\\n", len, rx_buf);
    


int main(void)

    rt_err_t err;

    u2_dev = rt_device_find("uart2");
    if (u2_dev == RT_NULL) 
        LOG_E("uart2 rt_device_find failed");
        return -EINVAL;
    

    //rt_device_open(u2_dev, RT_DEVICE_FLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
    err = rt_device_open(u2_dev, RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX);
    if (err < 0) 
        LOG_E("uart2 rt_device_open failed");
        return err;
    

    rt_device_control(u2_dev, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, (void *)&u2_cfg);

    rt_device_set_rx_indicate(u2_dev, u2_rx_callback); // 设置接收回调函数

    err = rt_sem_init(&u2_rx_sem, "u2_rx", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
    if (err < 0) 
        LOG_E("uart2 rt_sem_init failed");
        return err;
    

    u2_recv_thread = rt_thread_create("u2_recv", u2_recv_entry, NULL, 1024*2, 8, 5); // 优先级8，时间片长度5

    rt_thread_startup(u2_recv_thread);

    rt_device_write(u2_dev, 0, "hello", 5);

    return RT_EOK;

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编译错误解决

• 编译后会提示缺少文件等错误。按如下更改。

• 改动RTT源码，添加缺少的头文件。
  

• 再配置交叉编译器include目录，增加如下：

"$workspace_loc:/$ProjName/rt-thread/components/drivers/include/drivers"
"$workspace_loc:/$ProjName/rt-thread/components/drivers/include/ipc"

• 添加目录时请使用工作空间，使用的是相对工程文件的路径。（文件系统指的是磁盘的绝对路径，复制工程又要重新配置）
  

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运行测试RX DMA接收，解决断帧

• 接收正常，但当接收的一帧字节数较长时，非常容易出现断帧。
  

• 断帧的解决方法我参考这个，实测好用：
  使用RT-Thread的串口空闲+DMA收发数据

• 找打 drv_usart.c，注释掉这两句。
  

• 编译验证，确认经如上修改后就没有了断帧。

• 但当接收的一帧字节数大于缓冲区容量时，以前的内容会被覆盖。所以在硬件允许时，uart rx缓冲区可设置的大一些。

• 测试发送一帧270字节，当缓冲区容量为256字节时，仅提示收到14字节，前面的内容被覆盖。
  
  

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关于RT-Thread的学习

• 官方应用实例、Demo：文档中心
• API文档：RT-Thread API参考手册
• IDE使用RT-Thread Studio，入门教程可以去B站看千峰教育的。

  本来自己是没计划去学习 RT-Thread 的，但在MCU国产化替代进程中，发现大多数IC厂商提供的支持十分有限，可以说几乎都是在近几年内以STM32为蓝本进行的仿制，其中隐藏的雷坑单靠个人摸索去解决相当不推荐。再加之大多数原厂Demo是裸机的，很少有RTOS的。于是就想到了国产的 RT-Thread。

  试用了 RT-Thread Studio 感觉相当好用，MCU的外设驱动不用用户操心，又有比较多的扩展组件可用，开发者可在熟悉RT-Thread的基础上，专注于应用的开发。其对国产MCU的支持正在逐步完善，暂时有 AT32、APM32、CH32、ES32、GD32、MM32 等，虽然只支持部分型号，但个人目前只中意AT32F403A，好巧不巧正好有它的芯片支持包。希望国产MCU能抓住替换潮机会，抓紧完善生态，不然等价格回落又会有一大批人转回STM32。望疫情早些过去，想念前三年芯片的价格。