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6.3 - UART串口数据发送之中断

article 2025/2/27 3:23:09

文章目录

1 实验任务
2 系统框图
3 软件设计

1 实验任务

本实验使用中断方式实现UART串口数据的连续发送。

2 系统框图

参见6.1。

3 软件设计

注意事项：

系统上电、程序下载后，此时TX FIFO虽然为空，但并不会触发空中断；空中断的触发前提是FIFO中有数据且被读空，即FIFO中的最后一个数据被读出（This event is triggered whenever the final word is removed from the transmit FIFO）；
XUartPs_Send函数：
- （1）函数功能：发送数据到TX FIFO
- （2）函数实现：
  - 1）禁用TX FIFO空中断和TX FIFO满中断
  - 2）设置缓冲区参数，包括请求发送的字节数、剩余待发送的字节数和指向下一个要发送的字节的指针
  - 3）调用XUartPs_SendBuffer函数，该函数完成数据发送功能并返回实际发送的字节数
  - 4）接收XUartPs_SendBuffer函数的返回值并返回
XUartPs_SendBuffer函数：
- （1）函数功能：以轮询或中断驱动模式将缓冲区数据发送到TX FIFO
- （2）函数实现：
  - 1）发送数据到TX FIFO，如果TX FIFO未满且缓冲区中还有数据未发送，则将数据写入TX FIFO（Otherwise put bytes into the TX FIFO unil it is full, or all of the data has been put into the FIFO）
  - 2）更新缓冲区指针和剩余字节数
  - 3）使能TX FIFO空中断：注意，如果接收中断已启用，则启用TX FIFO空中断（这也是为何在UartInit函数中使能看似无关的XUARTPS_IXR_RXOVR中断的原因）
    - 疑问1：为什么在启用接收中断的前提下才能启用TX FIFO空中断
    - 疑问2：为什么仅启用了TX FIFO空中断，TX FIFO满中断在XUartPs_Send也被禁用了，为何未被重新启用
  - 4）返回实际发送的字节数
程序设计思路：
- （1）在程序下载后，假设上一次数据已发送完毕，SendComplete置1；
- （2）将每一轮的首次数据发送放在while循环中，这样TxBuffer中的数据才能一轮一轮的循环发送起来（刚开始把首次数据发送放在while循环外边，在第一轮的最后一次数据发送完毕并触发空中断后，SendComplete置1，然后就没有然后了…）。

/************************** Include Files ***********************************/
#include "xparameters.h"
#include "xuartps.h"
#include "xscugic.h"
#include "xil_exception.h"
#include "stdio.h"
#include "sleep.h"

/************************** Constant Definitions ****************************/
#define UART_DEVICE_ID		XPAR_XUARTPS_0_DEVICE_ID
#define INTC_DEVICE_ID		XPAR_SCUGIC_SINGLE_DEVICE_ID
#define UART_INTR_ID		XPAR_XUARTPS_1_INTR

#define BUFFER_SIZE 		256  // 发送缓冲区大小
#define FIFO_TRIGGER_LEVEL  32   // FIFO触发阈值
#define RECV_TIMEOUT        4    // 接收超时时间（单位：波特率时钟周期）

/************************** Function Prototypes *****************************/
s32  c(XUartPs *UartPsInstPtr, XUartPsFormat* UartFormatPtr);
s32  SetupInterruptSystem(XScuGic *IntcInstPtr, XUartPs *UartPsInstPtr);
void UartIntrHandler(void *CallBackRef);

/************************** Variable Definitions ****************************/
XUartPs UartInst;
XScuGic IntcInst;

u8 TxBuffer[BUFFER_SIZE] = { 0 };  // 接收缓冲区

int RxDataLength = 0;  // 接收到的数据长度

XUartPsFormat UartFormat = {
		XUARTPS_DFT_BAUDRATE,     // 115200
		XUARTPS_FORMAT_8_BITS,
		XUARTPS_FORMAT_NO_PARITY,
		XUARTPS_FORMAT_1_STOP_BIT
};

// 发送状态
u32 TotalBytesSent;  // 已发送的字节数
int SendComplete;    // 发送完成标志
/************************** Function Implementation *************************/

int main()
{
	//
	s32 Status;
	u32 BytesSent;
	//
    for (int i = 0; i < BUFFER_SIZE; i++) {
    	TxBuffer[i] = (u8)i;  // 填充从 0 开始的递增数
    }
	// 初始化UART
	Status = UartPsInit(&UartInst, &UartFormat);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		return XST_FAILURE;
	}
	// 设置中断系统
	Status = SetupInterruptSystem(&IntcInst, &UartInst);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		return XST_FAILURE;
	}
	// 主循环
	SendComplete = 1;
	while(1)
	{
		if (SendComplete == 1) {
			TotalBytesSent = 0;
			SendComplete = 0;
			sleep(3);
		    // 启动第一次发送
		    BytesSent = XUartPs_Send(&UartInst, TxBuffer, BUFFER_SIZE);
		    TotalBytesSent += BytesSent;
		}
	}
	//
	return 0;
}

s32 UartPsInit(XUartPs *UartInstPtr, XUartPsFormat* UartFormatPtr)
{
	//
	s32 Status;
	XUartPs_Config *UartConfigPtr;
	// 查找UART配置
	UartConfigPtr = XUartPs_LookupConfig(UART_DEVICE_ID);
	if(NULL == UartConfigPtr)
	{
		return XST_FAILURE;
	}
	// 初始化UART
	Status = XUartPs_CfgInitialize(UartInstPtr, UartConfigPtr, UartConfigPtr->BaseAddress);
	if (Status != XST_SUCCESS) {
		return XST_FAILURE;
	}
	// 设置UART数据格式
	XUartPs_SetDataFormat(UartInstPtr, UartFormatPtr);
	// 设置UART操作模式
	XUartPs_SetOperMode(UartInstPtr, XUARTPS_OPER_MODE_NORMAL);
	// 设置接收FIFO触发阈值
	XUartPs_SetFifoThreshold(UartInstPtr, FIFO_TRIGGER_LEVEL);
	// 设置接收超时
	XUartPs_SetRecvTimeout(UartInstPtr, RECV_TIMEOUT);
	// 设置中断掩码，使能发送FIFO空中断
	XUartPs_SetInterruptMask(UartInstPtr, XUARTPS_IXR_RXOVR | XUARTPS_IXR_TXEMPTY);
	//
	return XST_SUCCESS;
}

s32 SetupInterruptSystem(XScuGic *IntcInstPtr, XUartPs *UartInstPtr)
{
	//
	s32 Status;
	XScuGic_Config *IntcConfigPtr;
	// 初始化中断控制器GIC
	IntcConfigPtr = XScuGic_LookupConfig(INTC_DEVICE_ID);
	if (NULL == IntcConfigPtr)
	{
		return XST_FAILURE;
	}

	Status = XScuGic_CfgInitialize(IntcInstPtr, IntcConfigPtr, IntcConfigPtr->CpuBaseAddress);
	if (Status != XST_SUCCESS)
	{
		return XST_FAILURE;
	}
	// 注册异常处理程序
	Xil_ExceptionInit();
	Xil_ExceptionRegisterHandler(XIL_EXCEPTION_ID_INT, (Xil_ExceptionHandler)XScuGic_InterruptHandler, IntcInstPtr);
	Xil_ExceptionEnable();
	// 连接UART中断处理程序
	XScuGic_Connect(IntcInstPtr, UART_INTR_ID, (Xil_InterruptHandler)UartIntrHandler, (void *)UartInstPtr);
	// 使能UART中断
	XScuGic_Enable(IntcInstPtr, UART_INTR_ID);
	//
	return XST_SUCCESS;
}

void UartIntrHandler(void *CallBackRef)
{
	//
	XUartPs* UartInstPtr = (XUartPs*)CallBackRef;
	u32 IsrStatus;
	// 读取中断状态
	IsrStatus = XUartPs_ReadReg(UartInstPtr->Config.BaseAddress, XUARTPS_IMR_OFFSET);
	IsrStatus &= XUartPs_ReadReg(UartInstPtr->Config.BaseAddress, XUARTPS_ISR_OFFSET);
	// 处理发送FIFO空中断
	if ((IsrStatus & (u32)XUARTPS_IXR_TXEMPTY) != (u32)0) {
		XUartPs_WriteReg(UartInstPtr->Config.BaseAddress, XUARTPS_ISR_OFFSET, XUARTPS_IXR_TXEMPTY);
		if (TotalBytesSent < BUFFER_SIZE) {
			// 继续发送剩余的数据
			u32 BytesSent = XUartPs_Send(UartInstPtr, &TxBuffer[TotalBytesSent], BUFFER_SIZE - TotalBytesSent);
			TotalBytesSent += BytesSent;
		}
		else {
			// 所有数据已发送完毕
			SendComplete = 1;
//			xil_printf("Config file sent successfully in polled mode!\n");
		}
	}
	//
	return;
}