RT-Thread 驱动篇 之 serialX 全网公测
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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了RT-Thread 驱动篇 之 serialX 全网公测相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
作者:RT-Thread论坛 出出啊
前言
“serialX” 我起的名字,起个名字想破头。
在前一篇文章里,大致提出了我的串口驱动框架理论。里面做了一些对串口驱动特性的幻想。也在 NUC970 芯片下通过了中断模式的实践验证。但是,因为 NUC970 的 uart 自带 fifo 。用它测试效果好,并不能真正说明驱动框架通过验证了。
然后,紧接着笔者在 STM32F429 完成了中断和 DMA 两种模式。今天,我把一些测试结果和移植说明发出来,征求全网公测。
测试配置:DMA 二级缓存 32 个字节,串口收发缓存各 512 字节。
注:本串口驱动工作特性请参阅前一篇文章rt-thread 驱动篇 之 串口驱动框架剖析性能提升
STM32 中断模式测试
以下是三组连续发收测试:
1、定时间隔20ms,发送250字节数据,持续发送2600w,接收发送数据量相等
2、定时间隔50ms,发送250字节数据,持续发送600w,接收发送数据量相等
3、定时间隔80ms,发送1000字节数据,持续发送600w,接收发送数据量相等
注:刚刚跟我们小伙伴求证了一下,串口调试助手的定时间隔是固定周期。如果是这样的,以上测试是有意义的,如果不是,那就没达到串口带宽上限。
STM32 DMA模式测试
1、读写测试,串口调试助手定时 10ms ,发送40字节数据,持续发送129w
2、串口调试助手定时 50ms ,发送500字节数据,持续发送527w
3、串口调试助手定时 40ms ,发送500字节数据,持续发送261w
4、串口调试助手定时 40ms ,发送1000字节数据,持续发送262w
串口调试助手上发送和接收数量不相等,接着我在代码中添加了个断点,单独发送了一个字节 ‘Z’ 。
代码中接收和发送数量相等,都等于串口调试助手的接收量。这个缺少的部分是串口调试助手发送失败数量,还是串口驱动接收丢失了?
接下来,修改成中断接收发送模式,其它不做修改进行相同的测试,也是有数量差。进一步检查串口驱动里,接收缓存有溢出现象。应用层没来得及把数据取走,就删掉了最旧的数据。
接口详解及移植说明
rtdef.h 添加几个宏定义
添加一个强制 inline 宏定义
#define rt_forceinline static __attribute__((always_inline))
添加阻塞打开相关标志()
1#define RT_DEVICE_OFLAG_BLOCKING 0x000 /**< blocking io mode */
2#define RT_DEVICE_OFLAG_NONBLOCKING 0x004 /**< non-blocking io mode */
3
4...
5
6#define RT_DEVICE_CTRL_BLOCKING 0x05 /**< blocking io */
serialX.h
添加串口驱动缓存和 DMA 二级缓存大小定义(放弃使用 RT_SERIAL_RB_BUFSZ
):
1#ifndef RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ
2#define RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ 512
3#endif
4
5#ifndef RT_SERIAL_DMA_BUFSZ
6#define RT_SERIAL_DMA_BUFSZ 32
7#endif
串口接收和发送使用的缓存大小是一样的,如果想改变串口缓存大小,请修改 RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ
的值。
如果想改变 DMA 二级缓存大小,请修改 RT_SERIAL_DMA_BUFSZ
的值。
定义一个收发通用 fifo:
1struct rt_serial_fifo
2
3 rt_uint32_t buf_sz;
4 /* software fifo */
5 rt_uint8_t *buffer;
6
7 rt_uint16_t put_index, get_index;
8
9 rt_bool_t is_full;
10;
重新定义 rt_serial_device
定义:
1struct rt_serial_device
2
3 struct rt_device parent;
4
5 const struct rt_uart_ops *ops;
6 struct serial_configure config;
7
8 void *serial_rx; // 串口接收缓存
9 void *serial_tx; // 串口发送缓存
10
11#ifdef RT_SERIAL_USING_DMA // 串口收发缓存和 DMA 使用的二级缓存分开
12 rt_size_t dma_idx_rx;
13 rt_uint8_t serial_dma_rx[RT_SERIAL_DMA_BUFSZ]; // DMA 接收缓存
14 rt_uint8_t serial_dma_tx[RT_SERIAL_DMA_BUFSZ]; // DMA 发送缓存
15#endif
16
17 cb_serial_tx _cb_tx; // 写过程回调函数指针
18 cb_serial_rx _cb_rx; // 读过程回调函数指针
19
20 struct rt_completion completion_tx; // 发送完成
21 struct rt_completion completion_rx; // 接收到新数据
22;
23typedef struct rt_serial_device rt_serial_t;
串口驱动通用框架和硬件底层接口定义
1struct rt_uart_ops
2
3 // 用于配置外设寄存器,引脚功能复用,启用外设等等
4 rt_err_t (*configure)(struct rt_serial_device *serial, struct serial_configure *cfg);
5 // 用于使能禁用中断,初始配置 DMA
6 rt_err_t (*control)(struct rt_serial_device *serial, int cmd, void *arg);
7 // 串口外设写数据寄存器*为空*,把数据放入写数据寄存器。*不为空*,死等
8 int (*putc)(struct rt_serial_device *serial, char c);
9 // 串口外设读数据寄存器*不为空*,读出读数据寄存器的值。*为空*,返回 -1
10 int (*getc)(struct rt_serial_device *serial);
11
12 // 启动发送,多数是开启串口外设发送寄存器空中断
13 void (*start_tx)(struct rt_serial_device *serial);
14 // 结束发送,多数是关闭串口外设发送寄存器空中断
15 void (*stop_tx)(struct rt_serial_device *serial);
16
17#ifdef RT_SERIAL_USING_DMA
18 // 判断 DMA 是否在发送过程中,就像上一篇里笔者多次提示的,必须有效检测 DMA 是否在发送数据中
19 rt_bool_t (*is_dma_txing)(struct rt_serial_device *serial);
20 // 启动 DMA 发送
21 void (*start_dma_tx)(struct rt_serial_device *serial, rt_uint8_t *buf, rt_size_t size);
22 // 停止 DMA 发送
23 void (*stop_dma_tx)(struct rt_serial_device *serial);
24#endif
25 // 使能串口外设中断
26 void (*enable_interrupt)(struct rt_serial_device *serial);
27 // 禁用串口外设中断
28 void (*disable_interrupt)(struct rt_serial_device *serial);
29;
移植 serialX 到新芯片上,必须按照 rt_uart_ops
的定义实现上述几个接口。函数功能不能随意更改。
rt_hw_serial_isr
这个中断只接收 RT_SERIAL_EVENT_RX_IND
RT_SERIAL_EVENT_RX_IND
RT_SERIAL_EVENT_RX_DMADONE
RT_SERIAL_EVENT_TX_DMADONE
四种中断状态。
RT_SERIAL_EVENT_RX_IND
接收寄存器不空中断RT_SERIAL_EVENT_TX_DONE
发送寄存器空中断,为了兼容自带 fifo 的芯片,event 参数的高三字节代表 fifo 容量RT_SERIAL_EVENT_RX_DMADONE
串口接收 DMA 中断。这个可以兼容接收半传输和全传输等多种中断。event 参数的高三字节代表 DMA fifo 接收数据数量(1-RT_SERIAL_DMA_BUFSZ)。RT_SERIAL_EVENT_TX_DMADONE
串口发送 DMA 中断。这个应该保证 DMA 发送完本次 DMA 缓存中的所有数据,也就是对于 stm32 芯片是 DMA 计数达到 0。
使用注意
RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ
RT_SERIAL_DMA_BUFSZ
两个的定义和实际是否合适,小数据量通信可以定义小点儿,数据量大的情况适当调整这两个值。rt_uart_ops
接口定义,功能实现必须匹配。阻塞模式,收发是一致的。默认是阻塞模式。想使用非阻塞模式请 open 的时候添加
RT_DEVICE_OFLAG_NONBLOCKING
flag。使用
RT_DEVICE_FLAG_INT
RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX
RT_DEVICE_FLAG_INT_TX
RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX
四个 open flag 指定收发模式,是用中断还是 DMA。特别提醒,非阻塞模式下,read 可能返回 0。write 返回值可能不是目标写入 size。read/write 还可能返回
RT_EXXX
错误值。特别提醒,阻塞模式下,read 返回值可能不是期望数据量 size。笔者也曾经提供过可靠处理流数据的方案,详见 rt-thread 使用宝典(2021-1210更新)
使用完成量进入阻塞漏洞分析
PS: 谢谢
@HelloBye
的及时纠正,
rt_completion
不存在本小节描述的漏洞。各位看官可以直接跳过本小节了。
串口驱动里有几个阻塞点,进入阻塞都使用的 rt_completion
,如下代码:
1serial->ops->enable_interrupt(serial);
2ret = rt_completion_wait(&(serial->completion_rx), RT_WAITING_FOREVER);// 或者 serial->completion_tx
首先开中断,调用 rt_completion_wait
等待完成量进入阻塞。这样是有个漏洞的,当开中断后有个串口中断,中断处理函数里调用 rt_completion_done
是没有任何反应的,rt_completion_done
直接返回退出。
进而回到原线程才执行 rt_completion_wait
。之后,如果有第二次接收(或发送)中断发生时才会结束上一次的阻塞。但是,第二次什么时候出现也就是个未知数了。即便前一次可能已经收全了全部想要的数据,但是会不定期阻塞下去。
解决方法有两个:一、不用永久阻塞,换成 10ms 或者几 ms 等待;二、用二值信号量替代。
但是!!!我没有用上述方法中的任何一个进行改进,原因是:
第一种方法无疑要引入一个循环,rt_completion_wait
超时返回的时候循环继续阻塞。还有就是等待时间没有理论支持。最重要的是用循环方式补漏洞的方式不美观。
没使用二值信号量的原因是,rt-thread 的信号量实现没有真正的“二值”,如果中断已经多次 release 了,然后应用层才来一次 take,之后还可能成功 take 多次(虽然应该是要阻塞的,但是实际不阻塞,反而会循环 take 多次)。
结束语
现笔者将打码开放出来 gitee 仓库 serialX,求全论坛公测。期待各位大佬提出各种测试方案对它蹂躏。
有问题可以在仓库里提 issue ,或者到 rt-thread 官方论坛上进行讨论。
👇 点击阅读原文进入论坛
以上是关于RT-Thread 驱动篇 之 serialX 全网公测的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
RTT&&STM32开发实践之外设篇1:驱动DHT11温湿度传感器
RT-Thrad|STM32F103+ESP8266 S01+RT-Thread联网之环境搭建(1/3)