串口幾種常見丟失數(shù)據(jù)的問題

我們通常說的串口，一般指UART（Universal Asynchronous Receiver / Transmitter），通用異步收發(fā)傳輸器。

串口是工程師最常用的一種串行外設(shè)，但在實(shí)際應(yīng)用中還是會(huì)經(jīng)常遇到各種問題。比如：丟失一字節(jié)數(shù)據(jù)。

今天我們就結(jié)合STM32來講講UART相關(guān)內(nèi)容，以及容易丟失一字節(jié)數(shù)據(jù)的問題。

UART幾個(gè)標(biāo)志位

這里重點(diǎn)說一下UART狀態(tài)寄存器中的幾個(gè)標(biāo)志位：TXE、 TC、 RXNE、 ORE。

這幾個(gè)標(biāo)志位在編程中經(jīng)常使用，數(shù)據(jù)丟失有可能就是對(duì)它們操作不當(dāng)而導(dǎo)致出錯(cuò)。

TXE：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器為空 （Transmit data register empty）

0：數(shù)據(jù)未傳輸?shù)揭莆患拇嫫?/p>

1：數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭莆患拇嫫?/p>

TC：發(fā)送完成 （Transmission complete）

0：傳送未完成

1：傳送已完成

RXNE：讀取數(shù)據(jù)寄存器不為空 （Read data register not empty）

0：未接收到數(shù)據(jù)

1：已準(zhǔn)備好讀取接收到的數(shù)據(jù)

ORE：上溢錯(cuò)誤 （Overrun error）

0：無上溢錯(cuò)誤

1：檢測(cè)到上溢錯(cuò)誤

UART通信接口

UART常見通信接口有：TTL、 RS232、 RS485。在編程時(shí)需要考慮通信接口方式，在長(zhǎng)距離通信的時(shí)候，需要考慮線路上的延時(shí)，如果操作不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。 1.TTL

TTL比較簡(jiǎn)單，就是直接連接UART的Tx和Rx引腳，不需要外部轉(zhuǎn)換。如圖：

注意：Tx和Rx引腳需要交叉連接。

2.RS232

RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口是常用的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)之一，規(guī)定邏輯“1”的電平為-5V~-15 V，邏輯“0”的電平為+5 V～+15 V。選用該電氣標(biāo)準(zhǔn)的目的在于提高抗干擾能力，增大通信距離。

3.RS485

RS485一般采用兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在同一總線上可以掛接多個(gè)節(jié)點(diǎn)。

在低速、短距離、無干擾的場(chǎng)合可以采用普通的雙絞線；反之，在高速、長(zhǎng)線傳輸時(shí)，則必須采用阻抗匹配（一般為120Ω）的RS485專用電纜；而在干擾惡劣的環(huán)境下還應(yīng)采用鎧裝型雙絞屏蔽電纜。

UART接收丟失數(shù)據(jù)

UART接收丟失數(shù)據(jù)與軟件和硬件都有可能有關(guān)系，下面說幾個(gè)常見丟失數(shù)據(jù)的原因及解決辦法。

1.接收溢出丟失數(shù)據(jù)

指未及時(shí)取走數(shù)據(jù)導(dǎo)致溢出錯(cuò)誤而丟失數(shù)據(jù)，通常是發(fā)生在大量數(shù)據(jù)、以查詢方式接收數(shù)據(jù)的情況下。在MCU啟動(dòng)過程中、接收數(shù)據(jù)過多處理不及時(shí)、復(fù)雜系統(tǒng)響應(yīng)不及時(shí)等情況都會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。

解決辦法：

及時(shí)清除溢出錯(cuò)誤標(biāo)志

利用通信協(xié)議過濾因數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致的問題

2.接收中斷丟失數(shù)據(jù)

使用UART中斷接收數(shù)據(jù)相比查詢接收數(shù)據(jù)的方式更常見，中斷方式比查詢方式響應(yīng)更及時(shí)，但不合理處理同樣也會(huì)存在數(shù)據(jù)丟失的情況。

在數(shù)據(jù)量大時(shí)，UART接收中斷函數(shù)耗時(shí)、優(yōu)先級(jí)低等情況下容易丟失數(shù)據(jù)。

解決辦法：

中斷函數(shù)里減少不必要的耗時(shí)

合理分配中斷優(yōu)先級(jí)

使能中斷前清除標(biāo)志位

3.時(shí)鐘誤差導(dǎo)致丟失數(shù)據(jù)

在通信波特率較高的情況下，如果時(shí)鐘誤差加大，很可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

解決辦法：

使用更高精度晶振

降低通信波特率

UART發(fā)送丟失數(shù)據(jù)

UART發(fā)送丟失數(shù)據(jù)很多工程師都遇到過，通常情況下是傳輸未完成的原因。

HAL庫(kù)已經(jīng)有幾年了，但還是有很多工程師都使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，這時(shí)如果自己封裝接口不當(dāng)，就會(huì)存在發(fā)送最后一字節(jié)數(shù)據(jù)丟失的問題。

1.UART傳輸未完成導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失

如下代碼，只考慮非空，但實(shí)際傳輸并未完成。

void UART_SendByte（uint8_t Data）

{

while（RESET == USART_GetFlagStatus（USART1， USART_FLAG_TXE））;

USART_SendData（USART1， Data）;

}

但發(fā)送非空不代表發(fā)送完成，雖然在某些場(chǎng)合更高效，但某些場(chǎng)合就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

比如：使用此函數(shù)發(fā)送之后進(jìn)入休眠、關(guān)閉接收端設(shè)備電源等情況下。

解決辦法：

等待發(fā)送完成：

void UART_SendByte（uint8_t Data）

{

while（RESET == USART_GetFlagStatus（USART1， USART_FLAG_TXE））;

USART_SendData（USART1， Data）;

while（RESET == USART_GetFlagStatus（USART1， USART_FLAG_TC））;

}

如果使用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)，要根據(jù)實(shí)際情況封裝函數(shù)，比如發(fā)送超時(shí)。

或者使用HAL封裝的接口，代碼包含判斷傳輸完成：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit（UART_HandleTypeDef *huart， uint8_t *pData， uint16_t Size， uint32_t Timeout）

2.線路延時(shí)導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失

UART通常會(huì)使用232或者485以增加傳輸距離和增強(qiáng)干擾。但是一旦數(shù)據(jù)線路太長(zhǎng)就存在傳輸延時(shí)的情況，特別是485傳輸長(zhǎng)距離，并使用MCU控制傳輸方向的情況下。

解決辦法：

軟件增加延時(shí)處理

使用通信協(xié)議增加應(yīng)答機(jī)制

3.其他原因

UART應(yīng)用的場(chǎng)景比較多，有些應(yīng)用在復(fù)雜的工廠，干擾較大從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失；有些應(yīng)用在溫差較大的環(huán)境，時(shí)鐘偏移較大導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

解決辦法需要根據(jù)實(shí)際情況，有針對(duì)性解決問題。比如：使用更好的通信線，軟件做好容錯(cuò)處理等。

審核編輯 ：李倩