如何限制中断驱动的UART传输PIC24H？

Question

我正在使用PIC24H微控制器通过460Kbaud UART传输数据到蓝牙无线电模块。在大多数情况下，这个流程都很正常，当蓝牙模块的内部数据缓冲区满时，蓝牙模块使用CTS和RTS线路来管理流量控制。然而，蓝牙模块存在某种错误，当连续发送数据而没有任何休息时，它会被重置，这种情况会发生在我的数据在另一个瓶颈中被阻塞时。

如果模块能正常工作那就太好了，但这超出了我的控制范围。因此，我的唯一选择似乎是在我的端上进行一些数据限速，以确保我不超过数据吞吐量限制（我通过实验大致知道）。

我的问题是如何实现数据速率限制？

我的当前UART实现是一个RAM循环FIFO缓冲区，长度为1024字节，主循环将数据写入其中。当UART硬件发送出最后一个字节时，PIC触发外设中断，我的ISR从缓冲区读取下一个字节并将其发送到UART硬件。

以下是源代码的想法： uart_isr.c

//*************** Interrupt Service routine for UART2 Transmission  
void __attribute__ ((interrupt,no_auto_psv)) _U2TXInterrupt(void)
{       
//the UART2 Tx Buffer is empty (!UART_TX_BUF_FULL()), fill it
//Only if data exists in data buffer (!isTxBufEmpty())
while(!isTxBufEmpty()&& !UART_TX_BUF_FULL())    {
    if(BT_CONNECTED)
    {   //Transmit next byte of data
        U2TXREG = 0xFF & (unsigned int)txbuf[txReadPtr];
        txReadPtr = (txReadPtr + 1) % TX_BUFFER_SIZE;
    }else{
        break;
    }
}
IFS1bits.U2TXIF = 0;
}

uart_methods.c

//return false if buffer overrun
BOOL writeStrUART(WORD length, BYTE* writePtr)
{
    BOOL overrun = TRUE;
    while(length)
    {
        txbuf[txWritePtr] = *(writePtr);
        //increment writePtr
        txWritePtr = (txWritePtr + 1) % TX_BUFFER_SIZE;
        if(txWritePtr == txReadPtr)
        {
            //write pointer has caught up to read, increment read ptr
            txReadPtr = (txReadPtr + 1) % TX_BUFFER_SIZE;
            //Set overrun flag to FALSE
            overrun = FALSE;
        }

        writePtr++;
        length--;
    }

    //Make sure that Data is being transmitted
    ensureTxCycleStarted();

    return overrun;
}


void ensureTxCycleStarted()
{
    WORD oldPtr = 0;
    if(IS_UART_TX_IDLE() && !isTxBufEmpty())
    {
        //write one byte to start UART transmit cycle
        oldPtr = txReadPtr;
        txReadPtr = (txReadPtr + 1) % TX_BUFFER_SIZE;//Preincrement pointer
        //Note: if pointer is incremented after U2TXREG write,
        //      the interrupt will trigger before the increment
        //      and the first piece of data will be retransmitted.
        U2TXREG = 0xFF & (unsigned int)txbuf[oldPtr];
    }
}

编辑
在我看来，限流可以通过以下两种方式实现：

1. 强制在UART字节之间施加时间延迟，从而对数据吞吐量设置上限。

2. 记录在一定时间范围内传输的字节数，如果超过了该时间段内的最大字节数，则在继续传输之前创建稍长的延迟。

理论上，任何一种选项都可以起到限流的作用，但我想知道的是具体的实现方法。

- CodeFusionMobile

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描述模块需要哪种“中断”才能正常工作... - Ben Jackson

@Ben Jackson，如果我知道就好了。这是一个错误而不是特性，因此没有记录。基本上，在持续吞吐量约3秒后，它会重置，即使它是流控制的。我可以平均每秒获得大约25kbps的吞吐量。 - CodeFusionMobile

Answer 1

也许您需要的是配额方法。 使用相关时间尺度的定期中断，向全局变量添加“要传输的字节数”配额，直到您不会超过与相关洪水有关的某个水平为止。 然后，在发送字节之前，只需检查是否有配额。在新的传输中，将会有一个初始洪水，但后来配额将限制传输速率。

~~some periodic interrupt
if(bytes_to_send < MAX_LEVEL){
  bytes_to_send = bytes_to_send + BYTES_PER_PERIOD;
  }
~~in uart_send_byte
if(bytes_to_send){
  bytes_to_send = bytes_to_send - 1;
  //then send the byte

- chip_wrangler

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我喜欢这种方法。仍然发送数据块，但允许管理流而不延迟每个字节。 - CodeFusionMobile

Answer 2

如果你有空闲的定时器，或者可以使用现有的定时器，你可以对发送的字节进行某种形式的“去抖动”（debounce）。

假设你有一个全局变量 byte_interval，并且你有一个每微秒溢出（并触发ISR）一次的定时器。那么它可能看起来像这样：

timer_usec_isr() {
    // other stuff
    if (byte_interval)
        byte_interval--;
}

在“putchar”函数中，你可以有如下内容：

uart_send_byte(unsigned char b) {
    if (!byte_interval) { // this could be a while too, 
                          // depends on how you want to structure the code
        //code to send the byte
        byte_interval = AMOUNT_OF_USECS;
    }

}

很抱歉我没有深入研究你的代码以便更具体地回答。 这只是一个想法，我不确定它是否适合你。

- Vinicius Kamakura

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我不想在每个字节之间设置延迟，因为那将需要频繁重新启动tx周期。有没有办法可以适应这种情况，检测在过去的y微秒内传输了x个（太多）字节，并触发计时器延迟？这将更好地适应我的代码结构。 - CodeFusionMobile

你能否让UART在没有实际字符的情况下设置txdone？如果可以，那么它应该发送停止位，如果它没有传输实际数据。然后，您只需忽略每1024个（比如）字符中的2或3个txints，并在这些2或3个字符时间过去后再次开始。如果您能够解决它，那就是我首先尝试的方法。 - Pete Wilson

@Pete Wilson 我无法在不启动传输周期的情况下设置txdone，否则会推出空白数据。我必须使用定时器延迟或其他方法来触发中断。 - CodeFusionMobile

@CodeFusionMobile -- 好的，那么当您使用传输请求进入驱动程序时（在主流级别上，对吧？），我会计算已传输的字符数，并且如果超过1024个字符，则开始短暂的超时，例如1或2毫秒，这将以您所看到的比特率提供一堆字符时间。当超时触发时：（1）如果在中断级别上，请像从txdone进入一样启动UART；（2）如果在主流级别上，请在清除已发送字符计数器后重新发出传输。这对您来说合理吗？让我知道。我喜欢这个UART / USART的东西：它就像我的家 :-) - Pete Wilson

Answer 3

首先，常见的串行流控制有两种类型。

• CTS/RTS握手（硬件流控制）
• XON/XOFF（软件流控制）

你说CTS已经开启了，但你可能想看看是否可以以某种方式启用XON/XOFF。

如果你可以进行配置，另一种方法就是简单地使用较低的波特率。这显然取决于你在链接的另一端可以配置什么，但通常这是解决设备无法处理更高速传输时问题最简单的方法。

- Roddy

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硬件流控制已启用，并由蓝牙模块驱动。我尝试了降低波特率设置，但这引起了太多其他问题（尽管它完美地解决了这个特定问题）。对于提供的数据给出一个好答案再加一分。 - CodeFusionMobile

顺便提一下，其他问题源于我有两个运行时配置的数据速度，并且要切换波特率，我必须配置BT模块然后重置它，总共需要2秒的时间，还要重新连接。因此，从应用程序特定的角度来看，降低波特率是行不通的。 - CodeFusionMobile

Answer 4

在特定时间为Tx添加延迟的计时器方法：

• 以适当的周期率配置一个自由运行计时器。
• 在计时器ISR中，切换全局状态变量（delayBit）中的位。
• 在UART ISR中，如果delayBit高且delayPostedBit低，则退出TX ISR而不清除TX中断标志，并在全局状态变量（delayPostedBit）中设置一位。如果delayBit低，则清除delayPostedBit。结果是导致延迟等于一个ISR调度延迟，因为将再次进入ISR。这不是忙等待延迟，因此不会影响系统其余部分的时间。
• 调整计时器的周期以在适当的时间间隔内添加延迟。

- Jonathan Cline IEEE

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退出 TX ISR 而不清除中断标志会导致 ISR 锁定 CPU 并不断调用，从而阻塞主循环，这对我的应用程序是不可接受的。 - CodeFusionMobile

它应该在第二次通过ISR时退出ISR。这是意图（添加等于1个ISR延迟的延迟），这将提供允许的最细粒度定时。我假设所需的延迟是以微秒为单位而不是毫秒。 - Jonathan Cline IEEE