RT1060--串口中断传输详解(SDK)

串口中断传输详解(SDK)

1. evkmimxrt1060_lpuart_interrupt

使用 NXP 的 fsl_lpuart.h 库，通过中断方式实现 LPUART 的数据接收和回显。

它使用了一个ring buffer来暂存接收到的数据，然后在主循环中将缓冲区的数据发送出去。

代码解释

1. 宏定义：

   • DEMO_LPUART: 定义使用的 LPUART 外设为 LPUART1。
   • DEMO_LPUART_CLK_FREQ: 定义 LPUART 的时钟频率。
   • DEMO_LPUART_IRQn: 定义 LPUART 的中断号。
   • DEMO_LPUART_IRQHandler: 定义 LPUART 的中断处理函数名。
   • DEMO_RING_BUFFER_SIZE: 定义环形缓冲区的大小为 16 字节。

2. 全局变量：

   • g_tipString: 提示字符串，程序启动时发送到串口。
   • demoRingBuffer: 环形缓冲区，用于存储接收到的数据。
   • txIndex: 发送索引，指向下一个要发送的数据在环形缓冲区中的位置。
   • rxIndex: 接收索引，指向下一个要写入接收数据的环形缓冲区位置。

3. DEMO_LPUART_IRQHandler() 函数：

   LPUART 中断处理函数：

   • 如果Rx Data 寄存器满，则：
     • 读取receiver register数据： (LPUART_ReadByte())。
     • 读完之后检查环形缓冲区是否已满，如果未满，则将接收到的数据写入环形缓冲区，并更新 rxIndex。

4. main() 函数：

   • 初始化开发板和 LPUART。
   • 发送提示字符串。
   • 使能 LPUART 的接收满中断 (kLPUART_RxDataRegFullInterruptEnable)。
   • 使能 LPUART 中断 (EnableIRQ(DEMO_LPUART_IRQn))。
   • 进入主循环：
     • 检查 LPUART 发送寄存器是否为空 (kLPUART_TxDataRegEmptyFlag)。
     • 检查环形缓冲区是否非空。
     • 如果发送寄存器为空且缓冲区非空，则从环形缓冲区读取数据 (demoRingBuffer[txIndex])，并通过 LPUART_WriteByte() 发送出去，并更新 txIndex。

数据/中断/callback调用流程图

详细流程解释：

1. 中断处理：
   • 读取接收到的数据并存入环形缓冲区 demoRingBuffer。
   • 更新接收索引 rxIndex。
2. 主循环处理：
   • 主循环不断检查 LPUART 发送寄存器是否为空以及环形缓冲区是否非空。
   • 如果条件满足，则从环形缓冲区读取数据，并通过 LPUART_WriteByte() 发送出去。
   • 更新发送索引 txIndex。
3. 数据发送： LPUART 硬件将数据发送到串口接收端。

关键点

• 环形缓冲区： 用于在中断处理函数和主循环之间传递数据，避免数据丢失。
• 中断驱动： 使用中断来处理接收事件，提高了 CPU 效率。
• 非阻塞发送： 主循环中轮询检查发送寄存器是否为空和ring buffer非空，用于读取数据并发送，更新txIndex;

2. evkmimxrt1060_lpuart_interrupt_transfer

使用 LPUART 进行回显。

程序通过 LPUART 接收用户输入的 8 个字符，然后将这 8 个字符回显给用户终端。

代码解释

代码结构：

1. 宏定义：定义了一些宏和变量，例如使用的 LPUART 实例 (DEMO_LPUART)、时钟频率 (DEMO_LPUART_CLK_FREQ)、回显缓冲区长度 (ECHO_BUFFER_LENGTH) 。

2. callback声明：声明了一个 LPUART 用户回调函数 LPUART_UserCallback。

3. 变量：定义了一些全局变量，例如用于存储句柄 (g_lpuartHandle)、提示信息字符串 (g_tipString)、发送缓冲区 (g_txBuffer)、接收缓冲区 (g_rxBuffer) 等，还有一些标志位用于指示缓冲区状态和传输状态：

   volatile bool rxBufferEmpty            = true;
   volatile bool txBufferFull             = false;
   volatile bool txOnGoing                = false;
   volatile bool rxOnGoing                = false;

4. **LPUART 用户回调函数 (LPUART_UserCallback)**：该函数会在 LPUART 传输完成 (发送或接收) 时被调用。它更新发送和接收缓冲区的相关标志位 (txBufferFull、txOnGoing、rxBufferEmpty、rxOnGoing)。

   /* LPUART user callback */
   void LPUART_UserCallback(LPUART_Type *base, lpuart_handle_t *handle, status_t status, void *userData)
   {
       userData = userData;
   
       if (kStatus_LPUART_TxIdle == status) // 实际上就是发送完成！
       {
           txBufferFull = false;
           txOnGoing    = false;
       }
   
       if (kStatus_LPUART_RxIdle == status) // 实际上对应接收完成！
       {
           rxBufferEmpty = false;
           rxOnGoing     = false;
       }
   }

5. 主函数 (main)

   • 初始化时钟、引脚复用等。

   • 配置 LPUART：设置波特率、启用发送和接收功能等。

   • 创建 LPUART 传输句柄。

     LPUART_TransferCreateHandle(DEMO_LPUART, &g_lpuartHandle, LPUART_UserCallback, NULL);

   • 发送提示信息字符串。

     LPUART_TransferSendNonBlocking(DEMO_LPUART, &g_lpuartHandle, &xfer);

   • 进入循环，实现回显功能：

     • 如果接收空闲且接收缓冲区为空，则启动接收数据到接收缓冲区。

       LPUART_TransferReceiveNonBlocking(DEMO_LPUART, &g_lpuartHandle, &receiveXfer, NULL);

     • 如果发送空闲且发送缓冲区满，则启动发送数据。

       LPUART_TransferSendNonBlocking(DEMO_LPUART, &g_lpuartHandle, &sendXfer);

     • 如果接收非空且发送不满，则将接收缓冲区内容复制到发送缓冲区，并更新缓冲区标志位。

       memcpy(g_txBuffer, g_rxBuffer, ECHO_BUFFER_LENGTH);
       rxBufferEmpty = true;
       txBufferFull  = true;

流程图：

数据流：

1. 初始化阶段：
   • 配置 LPUART。
2. 发送提示信息：
   • 将提示信息字符串拷贝到发送缓冲区。
   • 启动发送。
3. 回显循环：
   • 接收数据：
     • 如果接收空闲且接收缓冲区为空，则启动接收数据。
     • 接收完成触发回调函数，更新接收缓冲区标志位。
   • 发送数据：
     • 如果发送空闲且发送缓冲区满，则启动发送数据。
     • 发送完成触发回调函数，更新发送缓冲区标志位。
   • 复制数据：
     • 如果接收非空且发送不满，则将接收缓冲区内容复制到发送缓冲区。
     • 更新接收和发送缓冲区标志位。

中断和回调流程：

1. 当数据接收完成或发送完成后，会产生中断。
2. 中断服务程序会将控制权转移到 LPUART 驱动程序。
3. 驱动程序会调用用户回调函数 LPUART_UserCallback。
4. 回调函数中，根据传输完成类型 (发送/接收) 更新相关的缓冲区标志位。

注意：

• 该代码使用非阻塞式传输，即发送或接收启动后，程序不会等待传输完成，而是继续执行其他操作。
• 回调函数中只更新了标志位，并没有直接操作数据缓冲区。数据处理是在主循环中进行的。

代码关键点

• 非阻塞传输： 使用了 LPUART_TransferSendNonBlocking 和 LPUART_TransferReceiveNonBlocking 函数，这意味着发送和接收操作会在后台进行，不会阻塞主循环。
• 回调函数： LPUART_UserCallback 函数用于处理传输完成事件。在这个函数中，主要任务是更新标志位，例如 txOnGoing、txBufferFull、rxOnGoing 和 rxBufferEmpty。
• 缓冲区管理： 使用了 g_txBuffer 和 g_rxBuffer 作为发送和接收缓冲区，并通过 memcpy 函数在两个缓冲区之间复制数据。
• 主循环逻辑： 主循环负责启动发送和接收操作，并在缓冲区之间复制数据。

graph TD
    subgraph 初始化
        A[初始化 LPUART] --> B{发送提示信息}
        B --> C[启动发送<br>LPUART_TransferSendNonBlocking]
        C --> D{等待发送完成<br> txOnGoing }
    end
    D --> E[回显循环]
    subgraph 接收
        E --> F{接收空闲 & 接收缓冲区为空<br> !rxOnGoing && rxBufferEmpty }
        F -- 是 --> G[启动接收<br>LPUART_TransferReceiveNonBlocking]
        G --> H[LPUART 硬件接收数据<br>RxDataRegFullFlag 置位]
        H --> I[产生中断信号]
        I --> J[NVIC 处理中断<br>调用中断服务例程<br>LPUART_TransferHandleIRQ]
        J --> K[中断服务例程<br>调用 LPUART_UserCallback<br>kStatus_LPUART_RxIdle<br>rxBufferEmpty = false<br>rxOnGoing = false]
    end
    subgraph 发送
        E --> L{发送空闲 & 发送缓冲区满<br> !txOnGoing && txBufferFull }
        L -- 是 --> M[启动发送<br>LPUART_TransferSendNonBlocking]
        M --> N[LPUART 硬件发送数据]
        N --> O[发送完成<br>产生中断信号]
        O --> P[NVIC 处理中断<br>调用中断服务例程<br>LPUART_TransferHandleIRQ]
        P --> Q[中断服务例程<br>调用 LPUART_UserCallback<br>kStatus_LPUART_TxIdle<br>txBufferFull = false<br>txOnGoing = false]
    end
    E --> R{接收缓冲区非空 & 发送缓冲区未满<br> !rxBufferEmpty && !txBufferFull}
    R -- 是 --> S[数据复制<br>memcpy<br>rxBufferEmpty = true<br>txBufferFull = true]
    K --> E
    Q --> E
    S --> E

代码逻辑解释：

1. 初始化： 程序首先初始化 LPUART 外设，然后发送一个提示信息。

2. 回显循环：

   程序进入一个无限循环，不断检查以下条件：

   • 接收：
     • 如果当前没有正在接收数据 (!rxOnGoing) 并且接收缓冲区为空 (rxBufferEmpty)，则启动一次非阻塞的接收操作 (LPUART_TransferReceiveNonBlocking)。
     • 当 LPUART 硬件接收到数据后，RxDataRegFullFlag 标志位会被置位，触发中断。
     • NVIC 接收到中断请求后，会调用中断服务例程。在中断服务例程中，会调用用户定义的回调函数 LPUART_UserCallback。
       • 回调函数根据 kStatus_LPUART_RxIdle 状态将 rxBufferEmpty 设置为 false，将 rxOnGoing 设置为 false，表明接收已完成。
   • 发送：
     • 如果当前没有正在发送数据 (!txOnGoing) 并且发送缓冲区已满 (txBufferFull)，则启动一次非阻塞的发送操作 (LPUART_TransferSendNonBlocking)。
     • LPUART 硬件发送完数据后，会产生中断。
     • NVIC 处理中断，并调用回调函数 LPUART_UserCallback。
       • 回调函数根据 kStatus_LPUART_TxIdle 状态将 txBufferFull 设置为 false，将 txOnGoing 设置为 false，表明发送已完成。
   • 数据复制：如果接收缓冲区非空 (!rxBufferEmpty) 并且发送缓冲区未满 (!txBufferFull)，则使用 memcpy 函数将接收缓冲区的数据复制到发送缓冲区，并将 rxBufferEmpty 设置为 true，txBufferFull 设置为 true，为下一次接收和发送做准备。

关于中断和回调

LPUART_UserCallback 是一个用户自定义的回调函数，它会在 LPUART 驱动程序中的中断处理函数 LPUART_TransferHandleIRQ 中，当特定的传输事件发生后被调用。具体来说，以下几种情况下会调用 LPUART_UserCallback：

1. 接收完成： 当使用 LPUART_TransferReceiveNonBlocking 函数启动非阻塞接收，并且所有请求的数据都已接收完毕时，LPUART_TransferHandleIRQ 函数会在处理接收数据就绪中断时调用 LPUART_UserCallback，并传递状态 kStatus_LPUART_RxIdle。
2. 发送完成： 当使用 LPUART_TransferSendNonBlocking 函数启动非阻塞发送，并且所有数据都已发送完毕时，LPUART_TransferHandleIRQ 函数会在处理发送完成中断时调用 LPUART_UserCallback，并传递状态 kStatus_LPUART_TxIdle。
3. 接收硬件溢出： 当 LPUART 硬件发生接收溢出错误时，LPUART_TransferHandleIRQ 函数会在处理接收溢出中断时调用 LPUART_UserCallback，并传递状态 kStatus_LPUART_RxHardwareOverrun。这个状态表示有数据在接收之前就被覆盖了，导致数据丢失。

完整的接收流程和发送流程

接收流程：

1. 应用程序调用 LPUART_TransferReceiveNonBlocking 函数启动非阻塞接收。
2. LPUART_TransferReceiveNonBlocking 函数配置 LPUART 硬件，使能接收中断，并将接收请求的信息保存在 lpuart_handle_t 结构体中。
3. LPUART 硬件接收到数据后，触发中断。
4. CPU 响应中断，执行中断服务例程 LPUART_TransferHandleIRQ。
5. LPUART_TransferHandleIRQ 函数检查中断状态，如果是接收数据就绪中断，则调用 LPUART_TransferHandleReceiveDataFull 函数。
6. LPUART_TransferHandleReceiveDataFull函数将数据从LPUART接收FIFO读取到handle指定的缓冲区。
7. LPUART_TransferHandleReceiveDataFull函数检查是否所有请求的数据都已接收完毕，如果是，则在LPUART_TransferHandleIRQ中调用handle->callback，即 LPUART_UserCallback，并传递 kStatus_LPUART_RxIdle 状态。

发送流程：

1. 应用程序调用 LPUART_TransferSendNonBlocking 函数启动非阻塞发送。
2. LPUART_TransferSendNonBlocking 函数配置 LPUART 硬件，使能发送中断，并将发送请求的信息保存在 lpuart_handle_t 结构体中。
3. 当发送数据寄存器为空时，LPUART 硬件触发中断。
4. CPU 响应中断，执行中断服务例程 LPUART_TransferHandleIRQ。
5. LPUART_TransferHandleIRQ 函数检查中断状态，如果是发送数据寄存器空中断，则调用 LPUART_TransferHandleSendDataEmpty 函数。
6. LPUART_TransferHandleSendDataEmpty函数将数据从handle指定的缓冲区写入LPUART发送FIFO。
7. LPUART_TransferHandleSendDataEmpty函数检查是否所有数据都已发送完毕。如果是，则当发送完成后，在LPUART_TransferHandleIRQ中调用 handle->callback，即 LPUART_UserCallback，并传递 kStatus_LPUART_TxIdle 状态。

总结：

LPUART_UserCallback 是一个在中断上下文中被调用的回调函数。它允许用户在 LPUART 传输完成后执行自定义的操作，例如：

• 设置标志位，通知应用程序传输已完成。
• 启动下一次传输。
• 处理接收到的数据。
• 进行错误处理。

通过使用回调函数，可以实现事件驱动的编程模型，提高程序的效率和响应性。用户不需要在主循环中轮询 LPUART 的状态，而是通过回调函数在传输完成后得到通知。

因此，LPUART_UserCallback 的调用时机取决于 LPUART 的传输状态和中断事件，主要发生在接收完成、发送完成和接收溢出等情况下。它在整个 LPUART 驱动程序中起到了连接驱动程序和用户应用程序的重要作用。