芯耀
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大家好，我是痞子衡，是正經搞技術的痞子。今天痞子衡給大家分享的是嵌入式里串口(UART)自動波特率識別程序設計與實現(xiàn)。
本篇是 《串口(UART)自動波特率識別程序設計與實現(xiàn)（中斷）》 的續(xù)集，上一篇我們利用 GPIO 模塊自帶的下降沿中斷功能實現(xiàn)了 RXD 電平跳變捕捉與計時，今天我們再試試古老的輪詢 RXD 管腳電平的方法去實現(xiàn)同樣的功能。
輪詢法最大的缺點是會阻塞系統(tǒng)（不考慮 RTOS 調度），但是它也有中斷法所沒有的特點（或者說不太方便做到的），在做輪詢時，我們可以采取一些經典的管腳電平軟件消抖措施，從而降低誤識別率。
- 程序主頁：https://github.com/JayHeng/cortex-m-apps/tree/master/components/autobaud
一、串口(UART)自動波特率識別程序設計
1.1 函數接口定義
輪詢法與中斷法函數接口保持一致，詳見 《串口(UART)自動波特率識別程序設計與實現(xiàn)（中斷）》 1.1 小節(jié)，兩者共享頭文件：autobaud.h，這樣方便項目設計時自由切換自動波特率識別方法。
1.2 識別設計思想
關于識別的思路，輪詢法與中斷法也是一致的，詳見 《串口(UART)自動波特率識別程序設計與實現(xiàn)（中斷）》 1.2 小節(jié)，但是輪詢法里多了手動檢測 RXD 引腳電平下降沿跳變的過程。
引腳電平跳變檢測其實也很簡單，就是不斷讀取引腳輸入電平值，并比較相鄰兩次輸入電平值，如果發(fā)現(xiàn)不一致，則是跳變發(fā)生之時。如果前一次電平值是高，那么此時便是下降沿。
1.3 主代碼實現(xiàn)
根據上一小節(jié)描述的設計思想，我們很容易寫出下面的主代碼（autobaud_poll_v2.1.c），代碼里痞子衡都做了詳細注釋。相比中斷法源代碼，我們其實只需要修改 autobaud_get_rate() 函數實現(xiàn)如下：
//! @brief 讀取GPIO管腳輸入電平
extern uint32_t read_autobaud_pin(void);
bool autobaud_get_rate(uint32_t *rate)
{
// 僅當電平為低（非空閑態(tài)）時才開始識別
uint32_t currentEdge = read_autobaud_pin();
if (currentEdge != 1)
{
pin_transition_callback();
uint32_t previousEdge = currentEdge;
while (s_transitionCount < kFirstByteRequiredFallingEdges + kSecondByteRequiredFallingEdges)
{
// 檢查是否有電平翻轉
currentEdge = read_autobaud_pin();
if (currentEdge != previousEdge)
{
// 僅當電平翻轉是下降沿時
if (previousEdge == 1)
{
pin_transition_callback();
}
previousEdge = currentEdge;
}
}
// 計算出實際檢測到的波特率值
uint32_t calculatedBaud =
(microseconds_get_clock() * (kNumberOfBitsForFirstByteMeasured + kNumberOfBitsForSecondByteMeasured)) /
(uint32_t)(s_firstByteTotalTicks + s_secondByteTotalTicks);
// 對實際檢測出的波特率值做對齊處理
// 公式：rounded = stepSize * (value/stepSize + .5)
*rate = ((((calculatedBaud * 10) / kAutobaudStepSize) + 5) / 10) * kAutobaudStepSize;
return true;
}
else
{
return false;
}
}
二、串口(UART)自動波特率識別程序實現(xiàn)
前面講的都是硬件無關設計，但最終還是要落實到具體 MCU 平臺上的，其中 GPIO 讀取部分是跟 MCU 緊相關的。我們以恩智浦 i.MXRT1011 為例來介紹硬件實現(xiàn)。
2.1 軟件消抖實現(xiàn)
恩智浦 MIMXRT1010-EVK 有板載調試器 DAPLink，這個 DAPLink 中也集成了 USB 轉串口的功能，對應的 UART 引腳是 IOMUXC_GPIO_09_LPUART1_RXD 和 IOMUXC_GPIO_10_LPUART1_TXD，我們就選用這個管腳 GPIO1[9] 做自動波特率檢測，引腳電平讀取函數代碼如下：
#define AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT (20U)
uint32_t read_autobaud_pin(void)
{
// 多次讀取管腳輸入電平值
uint32_t readCount = 0;
for (uint32_t i = 0; i < AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT; i++)
{
readCount += GPIO_PinRead(GPIO1, 9);
}
// 如某電平值出現(xiàn)幾率超過半數，則認定為有效電平
return (readCount < (AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT / 2)) ? 0 : 1;
}
關于 I/O 軟件消抖，一般有兩種實現(xiàn)：一、是兩次 I/O 讀取之間加一定延時(us級別)，如兩次值一樣，則認定有效，否則重復此過程；二、是多次讀取 I/O 值，取其中出現(xiàn)幾率超過一半的那個電平值。前者主要適用按鍵的場景，后者更適用本文輪詢法自動波特率識別場景。
2.2 在MIMXRT1010-EVK上實測
最后就是在板子上實測，因為在設計上輪詢法與中斷法接口是一致的，因此測試主函數代碼完全不用修改，詳見 《串口(UART)自動波特率識別程序設計與實現(xiàn)（中斷）》 2.2 小節(jié)。測試結果同樣達到了預期效果。
至此，嵌入式里串口(UART)自動波特率識別程序設計與實現(xiàn)痞子衡便介紹完畢了，掌聲在哪里~~~
