我做的第14章思考与练习3、4的答案，请马老师点评

sbk100

第3题：题上说假定主程序循环了1000次，发送1000个0x55,请判断串口能否发出1000个0x55，有没有产生字符丢失或溢出现象？
为了让主程序循环了1000次我的代码如下：
#include <mega8515.h>

#define BAUD    9600            //波特率采用9600bps
#define CRYSTAL 11059200            //系统时钟11.0592MHz

//计算和定义波特率设置参数
#define BAUD_SETTING (unsigned int)((unsigned long)CRYSTAL/(16*(unsigned long)BAUD)-1)
#define BAUD_H (unsigned char)(BAUD_SETTING>>8)
#define BAUD_L (unsigned char)(BAUD_SETTING)

// USART控制和状态寄存器的标志位定义
#define FRAMING_ERROR (1<<FE)
#define PARITY_ERROR (1<<PE)
#define DATA_OVERRUN (1<<DOR)
#define DATA_REGISTER_EMPTY (1<<UDRE)
// USART Transmitter buffer
#define TX_BUFFER_SIZE 5
unsigned char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE];
unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;//队列写指针，读指针，待发送字符个数

// USART Transmitter interrupt service routine
interrupt [USART_TXC] void usart_tx_isr(void)
{
    if(tx_counter)//如果队列中还有未发送的数据
    {
        --tx_counter;//未发送字符个数减1
        UDR=tx_buffer[tx_rd_index];//发送一个字符
        if(++tx_rd_index==TX_BUFFER_SIZE)tx_rd_index=0;//读指针指向下一个未发送的字符,如果指到了队尾,则回到队首
    }
}

void putchar(unsigned char c)//向发送缓冲区写一个字符
{
    while(tx_counter==TX_BUFFER_SIZE);//如果发送队列满，则等待
    #asm("cli")//关总中断，防止发送中断程序改变相关的变量
    if(tx_counter||((UCSRA&DATA_REGISTER_EMPTY)==0))//如果前面还有未发送的或者未发完的数据
    {
        tx_buffer[tx_wr_index]=c;//将现在的数据放在队列后部
        if(++tx_wr_index==TX_BUFFER_SIZE)tx_wr_index=0;//写指针指向下一个要存放的位置,如果指到了队尾,则回到队首
        ++tx_counter;//发送个数加1
    }
    else
        UDR=c;//无待发送数据且发送寄存器空，直接发送
    #asm("sei")//开总中断
}


void main(void)
{
    unsigned int i=0;
    PORTD=0x03;
    DDRD=0x02;//TXD(PD1)输出，RXD(PD0)输入，上拉有效，TXD输出高电平
   
    UCSRA=0X00;
    UCSRB=(1<<TXCIE)|(1<<TXEN);//使能TXC中断，接收不允许，发送允许
    UCSRC=(1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);//8位数据位，1位停止位，无奇偶位
    UBRRH=BAUD_H;
    UBRRL=BAUD_L;//设置波特率
    #asm("sei")//使能总中断
    while(1)
    {
        putchar(0x55);
        if(++i==1000)UCSRB=(0<<TXCIE)|(0<<TXEN);
    }
}
用变量i计数，当i=1000时，关闭发送使能和发送中断使能（我不知道这样测试行不行）
实验结果，每次单片机复位后，串口调试助手接收到的数如下

串口调试助手接收情况 (原文件名:2.jpg)
本来我以为不会丢失，但每次按下复位按钮后，都只能收到995个数，所以我认为会产生丢失字符。后来我又把i改成2000或者别的数，但每次都是收到的数都少5个，我的发送中断缓冲区大小是5，后来又改了发送缓冲区的大小，发现发送缓冲区是多大，就会丢多少个数据，请马老师解释一下吧

第4题:当本机没有收到任何数据时在主程序中调用getchar（），我认为会发生死等现象，就是程序会一直停在while(rx_counter==0);上导致系统不能干其他的事，我的解决办法是将while(rx_counter==0)改成
if(rx_counter==0)return
else...后面的程序不变，不知道行不行？

machao

我教程中的许多练习和思考都是为向高手进阶准备的，不同层次的人，给出的解答也不同。
对于你的解答，还是入门级，而且还木有真正入门。

书中这个题目中有个括号，里面的问题你思考过吗？

先说明你的测试为什么会少接受字符，错误在于你的主程序的发送部分：
        当你把最后一个0x55用PUTCHAR发送后，这个0x55在哪里？应该在发送缓冲中，而且是最后的一个，在等待发送。
    而你在后面马上把UART的发送禁止了，那么实际上发送缓冲区中所有的数据都还没有送出，当然接受就少了，少的个数就是你发送缓冲区的个数。

    你实际根本没有理解这段结构的作用。发送缓冲区中的数据是没有发送掉的，只是在排队。

    正确简单的测试应该如下：

     while(i<1000)
    {
        putchar(0x55);
        ++i;
    }
    while(1){};

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现在再解释第3题的正确解答和深入的问题。

首先是肯定可以发送1000个字符，不会产生丢失和溢出的现象。如果连这个基本的要求都做不到，那么这段代码就不能使用了。

既然这样，那么问这个问题的出发点是什么？

MCU执行的时间和效率！

如果按9600bps计算，1000个字符需要1.04s的时间！注意这里是关键点。
那么下面主程序中的第1个循环结构while执行完成需要多少时间？
    while(i<1000)
    {
        putchar(0x55);
        ++i;
    }
    while(1){};

缓冲区为5个和缓冲区为1000个时，第1个循环结构while执行完成需要的时间一样吗？差别是多少？

只有明白上面的差别，你才能真正理解和掌握如何正确使用这段代码，如何设计和定义自己的通信包，以及定义缓冲区的大小。

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正确的方法是，定义合适长度（尽量小点）的数据包，缓冲区的大小与数据包相同，这样你的第1个循环结构while执行时间非常快，然后可以去做其他的与UART无关的事情，比如送显示，读按键，计算等。等待后台UART自己把数据发送完成，再回来处理UART的工作。

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对于第4题的回答，你只对了最基本的：“当本机没有收到任何数据时在主程序中调用getchar（），我认为会发生死等现象，就是程序会一直停在while(rx_counter==0);上导致系统不能干其他的事”

但处理的方法是不对的，你return个0，是什么意思？是没有数据？那么如果接受到的数据为0，又怎么办？

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14.1.3节中的代码结构是CVAVR产生的，思路非常好，是PC上通用的一种结构，但在实际应用中还是有一点问题，需要修改和调整。
我在14.2.3节中的实际例子，就是采用了这个思想，但处理的方法是不同的，更加适合嵌入式的应用。
14.2.3这个例子中已经回答了3、4的问题。

在14.2.3基础上，经过变化，就能实现对通信不正常的判断。比如规定上位机每200ms发送一次数据包，那么下位机就可以通过判断接收标志，如果超过500ms，仍然没有任何接收的话，那么就是通信线路出现问题，没接或断了。

通信的最基本和低层是正确发送一个字节，这个主要依赖硬件，而完整的、实用可靠的一个通信过程，是需要程序员设计的。

sbk100

缓冲区为5个和缓冲区为1000个时，第1个循环结构while执行完成需要的时间一样吗？差别是多少？
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答：不一样，5个时慢，1000个时快，差别是995个执行一次putchar（）的时间，因为缓冲区为5时，当tx_counter=5时就会等待发送中断，不会再执行下一次putchar（），而缓冲区1000时，直到tx_counter=1000时，才会等待发送中断，之后发送数据的时间都是一样的，都是发送一个数后tx_counter减1，然后进发送中断发一个数，如此下去直到发送完毕，时间的差别来在第一次进入发送中断函数前，不知道这样解释对不对？

machao

差别不是955次PUTCHAR的时间！（程序执行所需要的时间可以忽略掉）而是955个数据从UART串出数据的时间！

发送1000个字节的数据，如果发送缓冲区为1000的话，第1个循环结构while执行时间非常快，它只要将1000个数据写入缓冲就可以了。

而发送缓冲区为5个的话，第1个循环结构while执行就增加了等待时间，要等的时间是UART串出了954个字节，正在串出第955个数据，此时，主程序把最后一个字节写入缓冲区中最后的空位，第1个循环结构while执行才能完成。

那么UART串出955个字节需要多少时间？按9600bps/1/8/1格式计算，9600/10 = 960个/秒。因此，如果缓冲区为5的话，第1个循环结构while执行需要1秒！

1秒种，MCU可以做多少事情？不能白白的等在那里死等吧。

MCU的指令执行是0.1us级的，而串口发送字节需要几百个us，相差几千倍，如果发送字节多的话，高速MCU就被低速的串口拖死了，效率就降低了（浪费在等待上了）。

我给出的结构和方法，相当并行处理，MCU把数据送入缓冲后，可以马上去做其他的事情，不用死等UART发送，这就是中断+缓冲的优点。

现在的MCU速度都很快，就是改良的51，也可以到30M，32位的MCU，甚至达到90M，但是大量的新教科书（包括许多新出版的书，“名师”“名家”的书）还是采用老的轮询方式操作UART，发一个，等一个，再发下一个，看了都心寒。

正所谓：外行看热闹，内行看门道。换个角度解释，当你能看出门道，就是内行了，上升为“高手”了。

sbk100

非常感谢马老师两次耐心又详细的解答，从您对串口研究和MCU执行的效率研究的如此之透彻让我实在佩服，我也是希望不但要会用书中的经典程序，而且要知道原理才尝试着回答课后的练习题的，以前我也是使用轮训的方法，看了您的书真是受益匪浅！