探析STM32上UART丢失的那一字节数据

雨飞工作室 2022-12-19 3555

电子说

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描述

串口UART=Universal Asynchronous Receiver / Transmitter，通用异步收发传输器，是工程师最常用的一种串行外设，常见的接口形式有TTL、 RS232、 RS485，但在实际应用中还是会经常遇到各种问题，比如：丢失一字节数据。下面就结合STM32来讲讲UART相关内容，谈谈容易丢失一字节数据的问题。

1、UART几个标志位

STM32上UART状态寄存器中的几个标志位：TXE、TC、RXNE、ORE。这几个标志位在编程中经常使用，数据丢失有可能就是对它们操作不当而导致出错。

TXE=Transmit data register empty，发送数据寄存器为空	0：数据未传输到移位寄存器； 1：数据传输到移位寄存器
TC=Transmission complete，发送完成	0：传送未完成； 1：传送已完成
RXNE=Read data register not empty，读取数据寄存器不为空	0：未接收到数据； 1：已准备好读取接收到的数据
ORE=Overrun error，上溢错误	0：无上溢错误； 1：检测到上溢错误

2、UART接收丢失数据

UART接收丢失数据与软件和硬件都有可能有关系，下面说几个常见丢失数据的原因及解决办法。

	问题描述	解决办法
1.接收溢出丢失数据	指未及时取走数据导致溢出错误而丢失数据，通常是发生在大量数据、以查询方式接收数据的情况下。在MCU启动过程中、接收数据过多处理不及时、复杂系统响应不及时等情况都会出现数据丢失的情况。	（1）及时清除溢出错误标志；（2）利用通信协议过滤因数据丢失导致的问题
2.接收中断丢失数据	使用UART中断接收数据相比查询接收数据的方式更常见，中断方式比查询方式响应更及时，但不合理处理同样也会存在数据丢失的情况。在数据量大时，UART接收中断函数耗时、优先级低等情况下容易丢失数据。	（1）中断函数里减少不必要的耗时；（2）合理分配中断优先级；（3）使能中断前清除标志位。
3.时钟误差导致丢失数据	在通信波特率较高的情况下，如果时钟误差加大，很可能导致数据丢失。	（1）使用更高精度晶振；（2）降低通信波特率。

在编程时需要考虑通信接口方式，在长距离通信的时候，需要考虑线路上的延时，如果操作不当也会导致数据丢失。

3、串口发送的几种写法

串口发送的几种写法：一、STM32用USART发送字符串

void UART_Send_Message(u8 *Data)
{
  while(*Data!='')
  {
      USART_SendData(USART1, *Data);
      while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);//读取串口状态
      Data++;
  }
}


void main(void)
{
  u8 str_buf[500];
  memset((char *) &str_buf, 0, sizeof(str_buf));
  UART_Send_Message(str_buf);
}

while(SET == USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE))；

含义是：当接收引脚有数据时,状态寄存器的USART_FLAG_RXNE就会为1，此时USART_GetFlagStatus(USART1,USART_FLAG_RXNE)的返回值就为1（SET）,若无数据则为RESET。

二、USART_FLAG_TXE和USART_FLAG_TC怎么用这里主要说的是在特殊情况下发送字符软件代码的写法：特殊情况指的是：1）调用发送字符串函数“发送完”本机立即掉电；2）调用发送字符串函数“发送完”从机立即掉电；【上面两种主要用于芯片对电源控制的项目中】3）调用发送字符串函数“发送完”立刻进入待机或停机。主要说的是两个标志位：USART_FLAG_TXE 和 USART_FLAG_TC。USART_FLAG_TXE发送缓冲区空标志：说明可以往数据寄存器写入数据了，但并不代表数据发送完成了。USART_FLAG_TC发送完成标志：这个才是代表USART在缓冲区的数据发送完成了，即从机接收到了数据。这两个标志的区别在于：它们分别表示数据在发送过程中，在两个不同的阶段中的完成情况。TXE表示数据被从发送缓冲区中取走，转移到的移位寄存器中，此时发送缓冲是空的，可以向其中补充新的数据了。而TC则表示最后放入发送缓冲区的数据已经完成了从移位寄存器向发送信号线Tx上的转移。所以，判定数据最终发送完成的标志是TC，而不是TXE。

4、UART发送丢失数据

UART发送丢失数据很多工程师都遇到过，通常情况下是传输未完成的原因。HAL库已经有几年了，但还是有很多工程师都使用标准外设库，这时如果自己封装接口不当，就会存在发送最后一字节数据丢失的问题。 1.UART传输未完成导致数据丢失：如下代码，只考虑非空，但实际传输并未完成。

void UART_SendByte(uint8_t Data)
{
while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE));  
USART_SendData(USART1, Data);
}

但发送非空不代表发送完成，虽然在某些场合更高效，但某些场合就会导致数据丢失。比如：使用此函数发送之后进入休眠、关闭接收端设备电源等情况下。解决办法：等待发送完成之后，再次发送数据。

void UART_SendByte(uint8_t Data)
{
while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE));  
USART_SendData(USART1, Data);
while(RESET == USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC));
}

如果使用标准外设库，要根据实际情况封装函数，比如发送超时。或者使用HAL封装的接口，代码包含判断传输完成：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

2.线路延时导致数据丢失UART通常会使用232或者485以增加传输距离和增强干扰。但是一旦数据线路太长就存在传输延时的情况，特别是485传输长距离，并使用MCU控制传输方向的情况下。解决办法：软件增加延时处理；使用通信协议增加应答机制。 3.其他原因UART应用的场景比较多，有些应用在复杂的工厂，干扰较大从而导致数据丢失；有些应用在温差较大的环境，时钟偏移较大导致数据丢失。解决办法需要根据实际情况，有针对性解决问题。比如：使用更好的通信线，软件做好容错处理等。 下面讲述在不同代码写法下，得到不同实验效果【调试助手接收数据】：常见写法一： uart

这种写法在不是特殊（不掉电、不待机等）情况下，问题不大，USART数据会成功发送出去。但是在上面说的特殊情况下，问题就来了，代码只将数据放到了发送缓冲区，而没有发送出去就掉电或待机了，这个时候其实最后两个字符是没有发送出去的。2、常见写法二： uart

这种写法达到的效果和上面存在不同的就是倒数第二个数据发送出去了，也就是只有最后一个字符是没有发送出去的。3、常见写法三： uart

这种写法达到的效果和上面两种写法又不一样，发送了10个字符。4、写法四： uart

这种写法按理说可以实现功能，但实际多次试验结果却是第一字节数据丢失了。5、写法五（正确写法）： uart

这种写法是比较完整，为了保守起见，在特殊情况下使用该写法。

审核编辑：李倩

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