rt-thread 驅(qū)動篇（三） serialX 壓力測試

前言

本周筆者花了好多天的時(shí)間，計(jì)劃從多個(gè)方面對串口驅(qū)動做個(gè)比較。下面就從以下幾個(gè)角度做個(gè)對比測試。
1. 工作模式對照
2. close open 測試
3. poll 發(fā)送測試
4. flush 支持測試
5. 非阻塞收發(fā)測試
6. 阻塞收發(fā)測試
7. 回環(huán)測試數(shù)據(jù)丟失率

其它未測試項(xiàng)：stream 支持，因?yàn)?v1 v2 只有 poll 模式支持， serialX 可以全模式支持，這一項(xiàng)未進(jìn)行對比。

測試環(huán)境

- rt-thread 4.1.0
- STM32F429-ATK-APOLLO
- 串口收發(fā)緩存均設(shè)定 128 字節(jié)

工作模式對照

> \* v2 對阻塞概念的認(rèn)識，僅認(rèn)為是降低 cpu 耗用。

close & open 測試

測試過程：

1. 先用 poll 模式打開，打開失敗直接返回；成功輸出 "POLL modeopen opened\n" 。
2. 輸出 "CLOSE & REOPEN\n" 。關(guān)閉串口設(shè)備，再用中斷收發(fā)模式打開，打開失敗直接返回；成功輸出 "INT mode opened\n" 。
3. 最后循環(huán)關(guān)閉打開 1百萬次。打開失敗直接返回。
4. 測試通過，使用 poll 模式打開串口設(shè)備，并輸出 "REOPEN successfull\n"。準(zhǔn)備進(jìn)入下一項(xiàng)測試。

poll 發(fā)送測試

用 poll 模式打開串口，發(fā)送若干數(shù)據(jù)。

flush 支持測試

如果沒有 flush ，驅(qū)動緩存的數(shù)據(jù)可能沒有完全輸出到外設(shè)，這個(gè)時(shí)候 close 設(shè)備可能出現(xiàn)丟失部分?jǐn)?shù)據(jù)。

使用 flush 的目地就是保證驅(qū)動層緩存數(shù)據(jù)完全輸出到外設(shè)，之后對設(shè)備的任何操作不會影響之前的數(shù)據(jù)。

> 因?yàn)?v1 不支持非阻塞發(fā)送，也沒有驅(qū)動層緩存，write 總是把最后一個(gè)字節(jié)寫到串口移位寄存器后才返回。所以 v1 不會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。

> v2 在這一環(huán)節(jié)的表現(xiàn)和 v1 是一樣的，大家可以猜猜原因是啥。

**注：本部分為了測試 flush 特性有效性，因此 X 出現(xiàn) close 的時(shí)候出現(xiàn)丟數(shù)現(xiàn)象。使用版在 close 設(shè)備的時(shí)候應(yīng)該強(qiáng)制 flush 一下的。**

非阻塞收發(fā)測試

使用中斷非阻塞模式打開串口設(shè)備，發(fā)送 10k 左右數(shù)據(jù)量，同時(shí)測量一下時(shí)間。

這部分測試大體上符合預(yù)期，因?yàn)橛芯彺?，v2 和 X 先把數(shù)據(jù)放到緩存中就返回了。這樣可以減少發(fā)送等待時(shí)間。

阻塞收發(fā)測試

> v1 在非阻塞和阻塞兩種模式下的表現(xiàn)是一樣的，因?yàn)樗鼪]有阻塞概念。
>
> v2 耗時(shí)比 v1 少，這是在預(yù)料中的，但是，它還是比 X 多了幾個(gè) tick 。這也是上文中工作模式對照部分對它的阻塞/非阻塞特性加 \* 的原因。

特別測試，當(dāng)每次寫小于串口驅(qū)動層緩存大小的數(shù)據(jù)時(shí)，

為什么出現(xiàn)了和上面表格不一樣的結(jié)果，因?yàn)檫@次測試，每次寫之前有個(gè) 1s 延時(shí)，保證串口緩存是空的。**當(dāng)串口緩存大小是 N 前提下，每次 write 小于等于 N 數(shù)量的數(shù)據(jù)應(yīng)該可以直接寫到緩存，并立馬返回！**所以，對于 X 來說耗時(shí)就是 **0**。

這個(gè)很重要，**當(dāng)我們用串口調(diào)試程序，需要打印一些信息的時(shí)候，又不希望因?yàn)榇谳敵鰯?shù)據(jù)影響到其它業(yè)務(wù)的時(shí)序，或者，最大限度地降低因串口輸出數(shù)據(jù)而影響其它程序執(zhí)行時(shí)序**。

回環(huán)測試數(shù)據(jù)丟失率

使用阻塞模式打開串口設(shè)備。這次通過串口調(diào)試助手以 20ms 的定時(shí)間隔，發(fā)送 384 字節(jié)數(shù)據(jù)。

> v2 在這一步表現(xiàn)很差，第一次，筆者應(yīng)用層緩存是 512 字節(jié)，想 `rt_device_read(uart, -1, recvbuf, 512);` 發(fā)現(xiàn) read 不到任何數(shù)據(jù)，read 也不阻塞了，而是總能返回，單步進(jìn)去看到，但接收的數(shù)據(jù)大于驅(qū)動緩存的時(shí)候，驅(qū)動拒絕處理，直接返回0?。?！v2 的缺陷之一。
>
> 鑒于以上原因，之后改成 `rt_device_read(uart, -1, recvbuf, 128);` 應(yīng)用緩存和驅(qū)動緩存大小相等。
>
> 手動單次發(fā)送，一次發(fā)送 344 字節(jié)數(shù)據(jù)（多于驅(qū)動緩沖大?。?，接收 256 字節(jié)，再次發(fā)送，接收 384 字節(jié)，第三次發(fā)送接收還是 256 字節(jié)，第四次又變成 384字節(jié)。

即便考慮到 v2 的上述缺陷，最多有 127 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)被“滯留”串口驅(qū)動緩存里未及時(shí)返回。也彌補(bǔ)不了上述丟失率！

開啟 DMA 的表現(xiàn)

很遺憾，v1 只支持 DMA 接收不支持 DMA 發(fā)送（估計(jì)以后也用不上 v1 了），由以上對比測試我們發(fā)現(xiàn) v2 和 v1 很類似，在測試 v2 DMA 接收發(fā)送時(shí)也發(fā)現(xiàn)總體效果和使用中斷沒多少差異。

X 的表現(xiàn)如何呢？等待您的發(fā)現(xiàn)！

> 遺憾的是，筆者對 STM32 的 HAL 極其不熟悉，又極其不想用 HAL ?；撕荛L時(shí)間想自己通過寄存器配置實(shí)現(xiàn)，最終沒成功，還是放棄了。
>
> HAL 有一個(gè)好處，那就是幾乎可以適配 STM32 所有系列芯片。但是，HAL 不是為 OS 而生的 `#error "USE_RTOS should be 0 in the current HAL release"`，在 OS 上用終究有可能遇到失鎖的問題。
>
> 使用 HAL 還有個(gè)小小的瑕疵，那就是 `is_dma_txing` 判斷變得不友好，無奈之下，筆者在 `struct stm32_uart` 中添加了個(gè) `rt_bool_t dmaTxing;` 變量 —— ”HAL 中 gState 和 RxState 已經(jīng)夠多了“ 。算是目前的一個(gè)小遺憾吧。

結(jié)束語

最后，依舊公開測試代碼，本次測試使用的代碼可以在 [serialX]( https://gitee.com/thewon/serialX ) 倉庫找到。近期，筆者也會將 serialX 提交到 rt-thread 主倉庫。

提前預(yù)告，下次我們來聊聊 serialX 在做控制臺串口時(shí)遇到的問題已經(jīng)解決方案（包括使用中斷 DMA 收發(fā)模式打開的串口設(shè)備）。

相關(guān)文章：

rt-thread 驅(qū)動篇（一） serialX 框架理論

rt-thread 驅(qū)動篇（二） serialX 理論實(shí)現(xiàn)

審核編輯：湯梓紅