一個(gè)URAT（RS232）低層驅(qū)動(dòng) 中間層軟件示例

一般教科書上提供的UART收發(fā)的程序往往是一段采用輪循（Polling）方式完成收發(fā)的簡(jiǎn)單代碼。但對(duì)于高速的AVR來講，采用這種方式大大降低了MUC的效率。在使用AVR時(shí)，應(yīng)根據(jù)芯片本身的特點(diǎn)（片內(nèi)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，更適合采用高級(jí)語言編寫系統(tǒng)程序），編寫高效可靠的UART收發(fā)接口（低層）程序。下面是一個(gè)典型的USART的接口程序。

#include

#define RXB8 1
#define TXB8 0
#define UPE 2
#define OVR 3
#define FE 4
#define UDRE 5
#define RXC 7

#define FRAMING_ERROR (1<#define PARITY_ERROR (1<#define DATA_OVERRUN (1<#define DATA_REGISTER_EMPTY (1<#define RX_COMPLETE (1<
// USART0 Receiver buffer
#define RX_BUFFER_SIZE0 8
char rx_buffer0[RX_BUFFER_SIZE0];
unsigned char rx_wr_index0,rx_rd_index0,rx_counter0;
// This flag is set on USART0 Receiver buffer overflow
bit rx_buffer_overflow0;

// USART0 Receiver interrupt service routine
#pragma savereg-
interrupt [USART0_RXC] void uart0_rx_isr(void)
{
char status,data;
#asm
push r26
push r27
push r30
push r31
inr26,sreg
push r26
#endasm
status=UCSR0A;
data=UDR0;
if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0)
{
rx_buffer0[rx_wr_index0]=data;
if (++rx_wr_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_wr_index0=0;
if (++rx_counter0 == RX_BUFFER_SIZE0)
{
rx_counter0=0;
rx_buffer_overflow0=1;
};
};
#asm
popr26
outsreg,r26
popr31
popr30
popr27
popr26
#endasm
}
#pragma savereg+

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_
// Get a character from the USART0 Receiver buffer
#define _ALTERNATE_GETCHAR_
#pragma used+
char getchar(void)
{
char data;
while (rx_counter0==0);
data=rx_buffer0[rx_rd_index0];
if (++rx_rd_index0 == RX_BUFFER_SIZE0) rx_rd_index0=0;
#asm("cli")
--rx_counter0;
#asm("sei")
return data;
}
#pragma used-
#endif

// USART0 Transmitter buffer
#define TX_BUFFER_SIZE0 8
char tx_buffer0[TX_BUFFER_SIZE0];
unsigned char tx_wr_index0,tx_rd_index0,tx_counter0;

// USART0 Transmitter interrupt service routine
#pragma savereg-
interrupt [USART0_TXC] void uart0_tx_isr(void)
{
#asm
push r26
push r27
push r30
push r31
inr26,sreg
push r26
#edasm
if (tx_counter0)
{
--tx_counter0;
UDR0=tx_buffer0[tx_rd_index0];
if (++tx_rd_index0 == TX_BUFFER_SIZE0) tx_rd_index0=0;
};
#asm
popr26
outsreg,r26
popr31
popr30
popr27
popr26
#endasm
}
#pragma savereg+

#ifndef _DEBUG_TERMINAL_IO_
// Write a character to the USART0 Transmitter buffer
#define _ALTERNATE_PUTCHAR_
#pragma used+
void putchar(char c)
{
while (tx_counter0 == TX_BUFFER_SIZE0);
#asm("cli")
if (tx_counter0 || ((UCSR0A & DATA_REGISTER_EMPTY)==0))
{
tx_buffer0[tx_wr_index0]=c;
if (++tx_wr_index0 == TX_BUFFER_SIZE0) tx_wr_index0=0;
++tx_counter0;
}
else
UDR0=c;
#asm("sei")
}
#pragma used-
#endif

// Standard Input/Output functions
#include

// Declare your global variables here

void main(void)
{

// USART0 initialization
// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity
// USART0 Receiver: On
// USART0 Transmitter: On
// USART0 Mode: Asynchronous
// USART0 Baud rate: 9600
UCSR0A=0x00;
UCSR0B=0xD8;
UCSR0C=0x06;
UBRR0H=0x00;
UBRR0L=0x67;

// Global enable interrupts
#asm("sei")

while (1)
{
// Place your code here

};
}

這段由CVAVR程序生成器產(chǎn)生的UART接口代碼是一個(gè)非常好的、高效可靠，并且值得認(rèn)真學(xué)習(xí)和體會(huì)的。其特點(diǎn)如下：
l.它采用兩個(gè)8字節(jié)的接收和發(fā)送緩沖器來提高M(jìn)CU的效率，如當(dāng)主程序調(diào)用Putchar()發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，如果UART口不空閑，就將數(shù)據(jù)放入發(fā)送緩沖器中，MCU不必等待，可以繼續(xù)執(zhí)行其它的工作。而UART的硬件發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生中斷，由中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)將發(fā)送緩沖器中數(shù)據(jù)依次送出。
2.數(shù)據(jù)緩沖器結(jié)構(gòu)是一個(gè)線性的循環(huán)隊(duì)列，由讀、寫和隊(duì)列計(jì)數(shù)器3個(gè)指針控制，用于判斷隊(duì)列是否空、溢出，以及當(dāng)前數(shù)據(jù)在隊(duì)列中的位置。
3.用編譯控制命令#pragma savereg-和#pragma savereg+，使得由CVAVR在生成的中斷服務(wù)程序中不進(jìn)行中斷保護(hù)（CVAVR生成中斷保護(hù)會(huì)將比較多的寄存器壓入堆棧中），而在中斷中嵌入?yún)R編，只將5個(gè)在本中斷中必須要保護(hù)的寄存器壓棧。這樣提高了UART中斷處理的速度，也意味著提高了MCU的效率。
4.由于在接口程序Putchar()、Getchar()和中斷服務(wù)程序中都要對(duì)數(shù)據(jù)緩沖器的讀、寫和隊(duì)列計(jì)數(shù)器3個(gè)指針判斷和操作，為了防止沖突，在Putchar()、Getchar()中對(duì)3個(gè)指針操作時(shí)臨時(shí)將中斷關(guān)閉，提高了程序的可靠性。
建議讀者能逐字逐句地仔細(xì)分析該段代碼，真正理解和領(lǐng)會(huì)每一句語句（包括編譯控制命令的作用）的作用，從中體會(huì)和學(xué)習(xí)如何編寫效率高，可靠性好，結(jié)構(gòu)優(yōu)良的系統(tǒng)代碼。這段程序使用的方法和技巧，對(duì)編寫SPI、I2C的串行通信接口程序都是非常好的借鑒。
作為現(xiàn)在的單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)的工程師，不僅要深入全面的掌握芯片和各種器件的性能，具備豐富的硬件設(shè)計(jì)能力；同時(shí)也必須提高軟件的設(shè)計(jì)能力。要學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等方面的知識(shí)，具有設(shè)計(jì)編寫大的復(fù)雜系統(tǒng)程序的能力。

USART應(yīng)用實(shí)例
使用ATmega128實(shí)現(xiàn)一個(gè)工業(yè)設(shè)備的主控制板，它與由ATmega8管理的按鍵和LED顯示構(gòu)成的控制面板距離在2米左右，兩者之間采用USART通信聯(lián)系?？紤]到在實(shí)際應(yīng)用中，倆者之間交換的數(shù)據(jù)很少，通信速度也不需要很高，重要的是保證通信的可靠和抗干擾，因此在硬件設(shè)計(jì)上采用電流環(huán)的連接方式，見圖5.4。
在圖中通信雙方采用光隔和三極管，將USART的電平變化變成電流變化后傳送連接，如同工業(yè)上使用的20mA電流環(huán)通信一樣，大大提高了通信的抗干擾能力。
通信協(xié)議和規(guī)程的制定：
l.通信速率采用2400bps（速率太高時(shí)電流環(huán)的變化會(huì)跟不上）。
2. 用戶數(shù)據(jù)包采用定長(zhǎng)格式，每個(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度為6個(gè)字節(jié)，其中第1個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)包起始字節(jié)0xBB，第6字節(jié)為數(shù)據(jù)包結(jié)束字節(jié)0xEE，其它為用戶命令、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)。
3.每次通信由A端發(fā)起，下發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包；B端收到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包后，必須返回一個(gè)數(shù)據(jù)包應(yīng)答。
4.A端下發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包后，在300ms內(nèi)沒有正確收到應(yīng)答包時(shí)（在2400bps時(shí)傳送6個(gè)字節(jié)的時(shí)間約為30ms），將再次重發(fā)；3次重發(fā)均不能正確收到應(yīng)答包則報(bào)警。
5.在系統(tǒng)正常工作時(shí)，A端每隔250ms下發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包，B端如果在1s內(nèi)沒有正確收到一個(gè)下發(fā)的數(shù)據(jù)包，將進(jìn)入安全保護(hù)程序。
在這個(gè)應(yīng)用實(shí)例中，USART接口的發(fā)送程序與前面給出的典型例程中的一樣，而對(duì)USART的接收程序進(jìn)行了改動(dòng)和簡(jiǎn)化，使其更加符合在本系統(tǒng)中使用。

#define UART_BEGIN_STX0xBB
#define UART_END_STX0xEE
#define RX_BUFFER_SIZE06

char rx_buffer0[RX_BUFFER_SIZE0];
unsigned char rx_counter;
bit Uart_RecvFlag

// USART Receiver interrupt service routine
#pragma savereg-
interrupt [USART_RXC] void uart_rx_isr(void)
{
unsigned char status,data;
#asm
push r26
push r27
push r30
push r31
inr26,sreg
push r26
#endasm

status=UCSRA;
data=UDR;
if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0)
{
if (!Uart_RecvFlag)
{
rx_buffer[rx_counter] = data;
switch (rx_counter)
{
case 0:
if (data == UART_BEGIN_STX)rx_counter = 1;
break;
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
rx_counter++;
break;
case 5:
rx_counter = 0;
if (data == UART_END_STX)Uart_RecvFlag = 1;
break;
}
}
}
else
rx_counter = 0;

#asm
popr26
outsreg,r26
popr31
popr30
popr27
popr26
#endasm
}
#pragma savereg+
…………
void main(void)
{
while(1)
{
if (Uart_RecvFlag)
{
…………//處理收到的數(shù)據(jù)包
Uart_RecvFlag = 0;//允許USART接受新的數(shù)據(jù)包
}
…………//處理其它任務(wù)
}
}

在這段代碼中，接收中斷服務(wù)程序直接對(duì)數(shù)據(jù)包的起始字符和結(jié)束字符進(jìn)行判斷，并完成對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)包的接收。當(dāng)接收到正確的6個(gè)字符的數(shù)據(jù)包后，將“Uart_RecvFlag”標(biāo)志置位，通知上層程序處理收到的數(shù)據(jù)。一旦“Uart_RecvFlag”標(biāo)志置位后，中斷服務(wù)程序?qū)⒉辉俳邮招碌臄?shù)據(jù)（放棄掉收到的字節(jié)），使得數(shù)據(jù)緩沖區(qū)不會(huì)溢出。
上層程序的設(shè)計(jì)，應(yīng)保證以200ms左右的間隔對(duì)“Uart_RecvFlag”標(biāo)志位進(jìn)行一次判斷。一旦判斷“Uart_RecvFlag”標(biāo)志置位后，馬上進(jìn)行處理，回送應(yīng)答數(shù)據(jù)。處理完后將“Uart_RecvFlag”標(biāo)志清除，允許USART接收新的數(shù)據(jù)包。
還可以考慮在數(shù)據(jù)包中增加“數(shù)據(jù)包編號(hào)”和“數(shù)據(jù)校驗(yàn)”2個(gè)字節(jié)，以進(jìn)一步提高通信的可靠性。