基于DSP2812的双缓冲串口程序设计
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【摘要】以dsp2812为例，分析了常用串口程序的缺点，提出了一种工程上实用的串口通讯程序的设计方法。利用DSP2812的FIFO和队列数据结构，对串行数据进行了两级双向缓冲，在中断中完成数据收发，高效可靠的实现了DSP的串行通讯。
【关键词】DSP2812；串行通讯；FIFO队列
引言
TMS320F2812是国内广大的工程技术人员非常熟悉一种DSP芯片，它速度快，功能强，广泛应用于电机控制，电力电子等领域。如何高效可靠的实现DSP与上位PC机或其它从机间的串行通讯，是DSP系统开发的一个基本问题。本文将以DSP2812为例，针对这一问题展开讨论，并给出一种切实可行的解决方案。
1.常用串口收发程序及其存在的问题
常用的串口发送程序如下所示，以DSP2812的SCIA发送一字节数据为例：
void SCIASendChar(unsigned char schar) { //schar为待发送的数据
SciaRegs.SCITXBUF=schar; //将数据送入发送数据缓冲寄存器
while(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXRDY==0); //等待发送器缓冲寄存器就绪
while(SciaRegs.SCICTL2.bit.TXEMPTY==0); //等待发送器数据为空
}
这是一种查询等待标志位的方式。由于有while循环存在，CPU要等待一个字节的数据发送完成后才能继续进行其它工作，这造成了大量指令周期的浪费，会引起数据发送有延迟、通讯效率低、占用较多的CPU资源、其它模块的执行时间无法得到保证等一系列问题。当系统要求的实时性较高时，是不允许采取这种方式的。
常用的串行中断接收程序如下所示，以DSP2812的SCIA接收中断为例：
interrupt void SCIA_RXINT(void) {
DINT;
rxdata=SciaRegs.SCIRXBUF.bit.RXDT; //读取数据
PieCtrl.PIEACK.all |= (1
EINT; }
DSP每收到一个字节的数据都会进入中断，当接收的数据量较大时，会占用较多的CPU资源，效率低。
2.FIFO控制寄存器设置和使用队列数据结构的说明
DSP2812含有一个16级深度的发送/接收FIFO。使用FIFO可以减少收发数据的延迟和对CPU资源的占用，高效的实现串口数据收发。
FIFO是一个缓冲寄存器，通过FIFO发送数据时，可以一次性连续写入多个数据（最多16个），DSP会自动将这些数据发送出去，无需CPU干预，还可以设置发送完成后进中断；通过FIFO接收数据时，经由设置SCIFFRX寄存器，可以实现接收若干个字节的数据后（最多16个）进入中断，在中断中处理这些数据，这就减少了接受多个数据时，CPU进中断的次数，提高了效率。
使用FIFO时，有两个问题需要明确：
（1）如何访问FIFO
写发送FIFO通过SCITXBUF寄存器，读接收FIFO通过SCIRXBUF寄存器。
（2）FIFO中断
FIFO模式有两个中断，一个用于FIFO发送，一个用于FIFO接收。对于FIFO发送中断来说，当使能FIFO，且使能TXFIFO中断后，标准的TXINT将不再起作用，该中断仅作为SCI FIFO发送中断工作；对于串行接收中断而言，RXINT中断是SCI FIFO接收、接收错误和接收FIFO溢出的共同中断。
FIFO发送和接收中断都可以设置为匹配中断。对FIFO发送来说，SCIFFTX寄存器中的位TXFFST4-0表明当前的发送FIFO中有多少个字节的数据，位TXFFIL4-0为用户设定的接收FIFO中断匹配级别，当TXFFST4-0的值小于或等于TXFFIL4-0的值时，产生发送匹配中断；对FIFO接收来说，SCIFFRX寄存器中的位RXFIFST4-0表明当前接收FIFO中有多少个字节的数据，位RXFFIL4-0为用户设定的发送FIFO中断匹配级别，当RXFIFST4-0的值大于或等于RXFFIL4-0的值时，产生接收匹配中断。
FIFO寄存器可以设置为：
/*使能FIFO，发送FIFO空，禁用TXFIFO中断，清除TXFIFO中断标志，使能TXFFIVL匹配中断，匹配值为0，即：当TXFIFO中数据为0时进入发送中断。*/
SciaRegs.SCIFFTX.all=0xe060;
/*清RXFFOVF标志，使能FIFO接收，接收FIFO空，清除RXFFINT中断标志，使能RXFFIVL匹配中断，匹配值为16，即：FIFO中的数据大于等于16时进入发送中断*/
SciaRegs.SCIFFRX.all=0x6070;
/*禁止串口自动检测波特率*/
SciaRegs.SCIFFCT.all=0;
程序使用队列数据结构，可以更好的将串口程序模块化。同时，利用队列对串行数据再做一级缓冲，不仅保证了数据的顺序，而且解除了使用FIFO最多一次写入16个字节的限制，最多能写入的数据个数取决于队列缓冲区的大小，而这是由用户定义的。只要发送队列缓冲区中有待发送的数据，就采用中断间歇性的进行发送。串行接收采用类似方式，接收到一定数量的数据后再通知上层程序，CPU不必频繁进入中断。
队列是一种先入先出的线性表，它只允许在表的一端写入数据，而在另一端读取数据。它的操作一般有以下函数：
//获取队列中的数据，buf为指向队列的指针，rdata为指向读到的数据的指针
QueueRead(unsigned char *rdata, void *buf);
//向队列中写入数据，buf为指向队列的指针，wdata为要写入的数据
QueueWrite(void *buf,unsigned char wdata);
//获取队列中元素个数
QueueNData(void *Buf)
本文使用了两个队列来对串行数据进行缓冲，一个是DSP串行发送数据的队列TxQueue，另一个是DSP串行接收数据的队列RxQueue。各有100级深度。
3.串行发送
利用队列和FIFO的串口发送程序由两部分组成。一部分是供主程序调用的应用型函数，另一部分为中断程序，它完成数据的发送。以下是一个应用型函数的例子，DSP2812串行发送一个字节的数据：
void SciaSendChar(unsigned char sChar) { //sChar为待发送的数据
QueueWrite(TxQueue,sChar); //sChar入队，TxQueue为指向发送队列的指针
if(SciaRegs.SCIFFTX.bit.TXFFIENA==0) //允许 TXFIFO 匹配中断
SciaRegs.SCIFFTX.bit.TXFFIENA=1;
}
SciaSendChar(unsigned char sChar)函数由主函数调用，它将要发送的数据入队。而后使能FIFO发送中断。
在上文的FIFO设置中，已设置当TXFIFO中数据为0时进入发送中断，由于串行通讯开始前TXFIFO中并无数据，所以一旦FIFO发送中断打开，就立即进入该中断程序。
串行发送中断程序的一种写法：
interrupt void SCITXINTA_ISR(void) { // SCI-A中断服务程序
unsigned char temp=0,i=0; //定义局部变量
//ReadByte为从队列中读到的数据，pReadByte为指向ReadByte的指针
unsigned char ReadByte,*pRead
-Byte; pReadByte=&ReadByte;
SciaRegs.SCIFFTX.bit.TXINTCLR=1; //清中断标志
PieCtrl.PIEACK.bit.ACK9=1; EINT; //允许同组其他中断，允许嵌套
temp=QueueNData(TxQueue); //获取发送队列中元素个数
if((temp>0)&&(temp
for(i=0;i
QueueRead(pReadByte,TxQueue);
SciaRegs.SCITXBUF=
ReadByte; }}
else if(temp>16) { //若元素个数大于16，则在FIFO中写入16个元素
for(i=0;i
QueueRead(pReadByte,TxQueue);
SciaRegs.SCITXBUF=
ReadByte; }}
else //以上两种情况都不是，说明发送队列中已无元素，发送完，关中断
SciaRegs.SCIFFTX.bit.TXFFIENA=0; //禁用TXFIFO匹配中断
return; }
串行数据的发送是在中断中完成的，只要发送队列中还有数据，就会间歇性进入该中断，中断程序会判断当前发送队列还有多少个元素等待发送，若不足16个，则把数据全部写入FIFO，若大于16个，则写入16个，写入FIFO的数据，DSP会自动发送出去，无需CPU的干预。当发送队列中无数据时，则判定为发送完，关闭中断，防止因FIFO空而反复进入该中断。
若CPU有其他的关键进程需要响应，则可以把该关键进程的中断优先级设置得高于串行发送中断，这样在发送数据时依然可以响应关键进程。
4.串行接收
利用FIFO的串行接收程序同样由两部分组成，一部分是串行接收中断，另一部分是从串行接收队列中取数的程序。
串行接收中断的一种实现方法：
interrupt void SCIRXINTA_ISR(void)
{ // SCI-A，FIFO接收中断服务程序
unsigned char i=0; //循环变量
unsigned char Rxdata,; //暂存接收到的数据
SciaRegs.SCIFFRX.bit.RXFFINTCLR=1; //清中断标志
PieCtrl.PIEACK.bit.ACK9=1; EINT; //响应同组其他中断，允许嵌套
for(i=0;i
QueueWrite(RxQueue, Rxdata); //存往串行接收数据队列RxQueue
}}
在上文的FIFO设置中，我们令FIFO中的数据大于等于16时进入串行接收中断，中断程序只需要取出数据并将之存往串行接收队列RxQueue即可。在这里有一个隐含的约定，即，串行接收的数据数量必须大于等于16字节，否则由于串行接收匹配中断的执行条件不满足，将导致该中断不执行，无法处理FIFO接收的数据。
在主函数或其他中断程序（如定时中断）中再处理RxQueue中接收到的数据，这样处理起来非常灵活，实际应用中可根据需要编写程序。下面给出在主函数中处理RxQueue的一个简单例子供参考。
if(QueueNData(RxQueue)>50) { //若RxQueue队列数据超过50个
for(i=0;i
QueueRead(pReadByte,TxQueue); //pReadByte=&ReadByte，ReadByte为从队列中取出的数据
ReceivedData[i]=ReadByte; } } //存往ReceiveData数组
总结
本文提出了一种工程上实用的DSP串行通讯的方法。该方法采用DSP的FIFO和数据队列对串行数据进行了两级双向缓冲，利用中断完成数据收发，有实时性好，可靠性高等优点，可以方便的移植到其他芯片上，有一定的通用性。该程序已在作者的一个项目中得到应用，运行稳定。
参考文献
[1]TMS320x281x Serial Communications Interface(SCI)Reference Guide.TI公司,2009,7.
[2]严蔚敏,吴伟民编著.数据结构(C语言版)[M].
2002,9.
[3]陈明计,等编著.嵌入式实时操作系统Small RTOS51原理与应用[M].2005,7.
作者简介：
王刚（1981—），男，河北保定人，硕士，湖南湘潭江南机器集团有限公司工程师。
林明辉（1981—），男，海南文昌人，大学本科，湖南湘潭江南机器集团有限公司工程师。