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UART串口流控制(Flow control)「建议收藏」
2024-11-10 17:27

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

UART串口流控制(Flow control)「建议收藏」

一般在串行通讯中,我们会在一些上位机上看到 RTS /CTS、DTR /DSR和 XON /XOFF的选项,这是对流控制的选项,一般是应用于 RS232接口的,是拿来调制解调器的数据通讯的

一、流控制的作用

这里讲到的 “流”,指的是数据流;在数据通信中,流控制是管理两个节点之间数据传输速率的过程,以防止出现接收端的数据缓冲区已满,而发送端依然继续发送数据,所导致数据丢失

二、工作原理

当接收端的数据缓冲区已满,无法处理数据来时,就发出 “不再接收” 的信号,发送端则停止发送,直到发送端收到 “可以继续发送” 的信号再发送数据。计算机中常用的两种流控制分别是硬件流控制(RTS /CTS、DTR /DSR等)和软件流控制(XON /XOFF)

三、RS232引脚定义

RS-232设计之初是用来连接调制解调器做传输之用,也因此它的脚位意义通常也和调制解调器传输有关。RS-232的设备可以分为数据终端设备(DTE,Data Terminal Equipment, For example, PC)和数据通信设备(DCE,Data Communication Equipment)两类,这种分类定义了不同的线路用来发送和接受信号。一般来说,计算机和终端设备有DTE连接器,调制解调器和打印机有DCE连接器。但是这么说并不是总是严格正确的,用配线分接器测试连接,或者用试误法来判断电缆是否工作,常常需要参考相关的文件说明

RS-232目前有 DB-25和 DB-9型的连接器,被用的较多的是 DB-9型的接口

RS-232中 DB-9型的管脚分配:

它的信号引脚说明:

四、硬件流控制(以 RTS /CTS为主)

RTS/CTS最初是设计为电传打字机和调制解调器半双工协作通信的,每次它只能一方调制解调器发送数据。终端必须发送请求发送信号然后等到调制解调器回应清除发送信号。尽管 RTS /CTS是通过硬件达到握手,但它有自己的优势

1、RS232的标准连线法

当 A端的设备准备好后,发出 DTR(数据设备就绪)信号, 传至 B端的 RI(响铃)和 DSR(通讯设备就绪)。 这样,只要 A准备好(DTR),B端就会产生呼叫(RI)并准备好(DSR)。

注意到 A端的RTS(请求发送)、CTS(允许发送)和 B端的 CD(载波检测)连在一起, 则说明 A一旦请求发送(RTS)将立即得到允许(CTS), 并使 B端检测到载波信号(CD)。 A端的 TXD与 B端的 RXD相连,A发送,B接收。

2、RS232的简化连线法

原来 RTS和 CTS是用来询问和回答是否可以传输数据。 但在这种连接方式下,就成了纯粹告诉对方自己是否可以进行通讯。 此时 RTS和 DTR都可以用来对数据流进行控制。

A端的 DTR(数据设备就绪)发出信号, 当 B端准备好后,B端的 DTR(数据设备就绪)向 A端的 DSR(通讯设备就绪)发出信号。 接下来就可以通过 RTS(请求发送)和 DTR(允许发送)来控制通信。

3、进一步简化(也就是以 RTS /CTS为主)

从上面的流程可以看到,硬件流控制主要是 RTS /CTS和 DTR /DSR来控制,但是,人嘛,能懒就懒,因此现在很多时候都只是用 RTS /CTS告诉对方自己是否可以进行通讯,而直接跳过了 DTR /DSR的就绪状态检测

在使用 RTS /CTS时,它们都是低电平有效,因此,一般在上位机中一旦打开串口,RTS会拉置高电平,然后等待数据发送,使得低电平有效

值得注意的,并不是说硬件流控制就单纯的依靠硬件,它还需要软件去处理识别,因为硬件流控制所做的只是给出信号电平,真正的控制发送使能还得看软件的处理

五、软件流控制

软件流控制(Software flow control)是在计算机数据链路中的一种流控制方法,特别适用于 RS-232串口通信;它是采用特殊字符来传输带内信令,特殊编码字符称作 XOFFXON(分别表示 “transmit off” 与 “transmit on”)。因此,也被称作 “XON /XOFF流控制”;

使用 ASCII字符集,XOFF一般为字节值 19(十进制),XON为字节值 17

值得注意的是:是接受方把 XON /XOFF信号发给发送方来控制发送方何时发送数据的,这些信号是与发送数据的传输方向相反的

它的处理主要是:接收方利用 XON信号告诉发送方,我已经准备好接受更多的数据了,利用 XOFF信号告诉发送方停止发送数据,直到接受方发送 XON信号告诉发送方我再次准备好了。

XON /XOFF是一种工作在终端间的带内方法,但是必须两端都支持这个协议,而且在突然启动的时候会有混淆的可能;XON /XOFF可以工作于 3线的接口

软件流控制广泛用于低速设备,特别是打印机与哑终端,用以指出它们临时暂停接收数据;软件流控制的优点是降低了收发双方之间的电路导体数量,给定一个共同的电路接地,只需要两条电路分别用于收发,也不需要额外的特定硬件实现;缺点是发送 XOFF需要至少一个字符的时间,而且需要排在对方已经接收的数据之后处理

XON /XOFF一般不赞成使用,推荐用 RTS /CTS控制流来代替它们。 因为串口传输的是二进制数据,可能你发送的数据里面也有 XON、XOFF对应的二进制值出现,进而引起误操作,这是软件流控制的缺陷,而硬件流控制不会有这个问题;当然,你也可以对 XON、XOFF进行特殊字符替换、组合等方式来确保通讯稳定

六、UART底层控制

上面也有说到,硬件流控制最后的实现还是绕到了软件上,若果是去写串口上位机控制的,可以看一下下面的链接,了解它们对应的寄存器

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