【嵌入式學習心得#3】UART的功能測試與介紹

Posted By Ryan Hu on 10 月 7, 2018 in 教學文, 開發主板 | 0 comments

作者：Ryan Hu

延續上篇【嵌入式學習心得#2】雷射調光的PWM功能實踐，這篇算是簡易雷達調光的最終章，不過事實上， UART 和 ADC 並沒有應用在這次的專案上，因此本篇文章主要針對這顆埋控，做功能上的測試和介紹。

關於UART

剛開始玩 Arduino 的時候，只知道 Serial.println() 可以在 console 中印出某些字串、變數的值等等，沒有去探究這是如何實現的，但玩了一陣子後，瞭解到 USB 轉 TTL 的事實、TXD，RXD 背後的UART protocol 是怎麼運作的。然而，即便了解了背後的原因，但因為Arduino 把整個東西做掉。因此，當時我沒機會了解得非常深入，應該說沒機會真的去親身實作背後原理。

因為這次專案的機會，雖然說的確不會用到 UART 的部分（松翰的 SN-LINK-V3 處理了燒錄的部分），不過前輩希望我把所有功能都玩一遍，因此就有了頭一次自己寫 UART 的機會。看了 datasheet，松翰這份文件內 sample code 的部分寫得比較不完整，而且有些地方是有問題的，還有一些細節的部分沒有交代的得很清楚。因此，我必須自己做實驗來驗證。

不知道是不是自己功力還不夠，我在測試 SN8F5701 這顆埋控有關於 UART 部分的時候，發現這顆竟然不是全雙工（Full Duplex），但提供的文件上卻清楚的表示 UART 是全雙工！接下來就來分享我做實驗的過程。透過像是 coolterm 這樣的串口軟體工具（Arduino serial console 的概念），我希望在鍵盤上輸入文字或是數字（RXD），SN8F5701 能夠吐回來到 console 中顯示（TXD）。

開始進行測試

UART 不論哪顆埋控一定都會有一個或多個 buffer 來接目標物（不論是要送出去抑或丟進來），SN8F5701 當然也不例外。S0BUF 就是那個 buffer，要用來接我鍵盤輸入的文字或數字，但也必須要使用它來接要丟出去的東西，但這樣豈不是會打架嗎？此時，我心想既然文件都肯定是全雙工了，或許有什麼東西是沒寫出來，但是能夠順利 work 的。

首先，我先做了個基本的輸送實驗，以下是部分的程式碼（省略數字的部分）：

稍微解釋一下上方的程式碼，uart_init() 作為 uart 功能的初始設定，tx, rx 分別寫成兩個一般的 function，chstring[] 這個字元陣列是在開機（reset）後，會先顯示在 coolterm console 上的字串。

我認為，這裡最值得分享的還是 while (TI0==0) {}，這個寫法比較不直覺，不過卻很必要。TI0 （和 RI0)）是個 flag，如果 S0BUF 滿了，也就是說東西可以丟出去（或接進來），TI0 （或是 RI0)）會變成 1，必須手動清除 flag 將其變回 0 才能再收（或丟）下一批東西。之所以要這樣寫，是因為 MCU 的速度太快，還來不及清除 flag 就已經跑過 TI0=0 這個指令了。

以上方的程式碼舉例，如果沒有 while (TI0==0) {} 這行，因為 MCU （fcpu）太快，可能再 S0BUF = da 後，在 TI0 還沒變成 1 之前，就已經先跑完了 TI0=0 這行程式碼，導致 TI0 清不掉，無法繼續有效運作。雖然，這個寫法是對，但卻很不合理。一方面，我花了所有 main 的資源，只把我的輸入印在 console 上。在做實驗上是可以這樣做，但實際與其他功能配合運用時就是個災難；另一方面，大家應該很疑惑在 rxreceivedata() 裡面，WDTR = 0x5A 的用意。

事實上，若不加這行而在有開 watch dog 的情形下，只要使用者沒有在 watch dog 所設定的時間內，真的輸入東西（相信我，一般人是不可能跟上的），系統就會直接判定當機而進行 reset，而為了避免這種窘況，WDTR = 0x5A 就是用來清 watch dog 的指令，好讓 rxreceivedata() 可以順利等下去，不過說真的沒有人會這樣寫，沒東西來就卡在那個 while 裡面一直等，什麼都不用做了。

另外，我用了個 flag （enableWrite）讓 txsenddata() 在沒有東西進來的情況不會送東西出去。

既然，上述兩個 function 都放在 main 的情形這麼不優雅，是時候派 ISR 上場了！UART 當然也有 interrupt 的機制，據 Winson 說：「UART 通常會把 rx 放在 ISR，tx 放在 main」我覺得很合理，試想如果「把 rx 放在 main，tx 放在 ISR」，那上述的問題就沒獲得解法。寫法變更如下（程式碼片段）：