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“serialX” 我起的名字，起个名字想破头。 在前一篇文章里，大致提出了我的串口驱动框架理论。里面做了一些对串口驱动特性的幻想。也在 NUC970 芯片下通过了中断模式的实践验证。但是，因为 NUC970 的 uart 自带 fifo 。用它测试效果好，并不能真正说明驱动框架通过验证了。
然后，紧接着笔者在 STM32F429 完成了中断和 DMA 两种模式。今天，我把一些测试结果和移植说明发出来，征求全网公测。
测试配置：DMA 二级缓存 32 个字节，串口收发缓存各 512 字节。
注：本串口驱动工作特性请参阅前一篇文章rt-thread 驱动篇 之 串口驱动框架剖析性能提升
以下是三组连续发收测试：
定时间隔20ms，发送250字节数据，持续发送2600w，接收发送数据量相等
定时间隔50ms，发送250字节数据，持续发送600w，接收发送数据量相等
定时间隔80ms，发送1000字节数据，持续发送600w，接收发送数据量相等
注：刚刚跟我们小伙伴求证了一下，串口调试助手的定时间隔是固定周期。如果是这样的，以上测试是有意义的，如果不是，那就没达到串口带宽上限。
读写测试，串口调试助手定时 10ms ，发送40字节数据，持续发送129w
串口调试助手定时 50ms ，发送500字节数据，持续发送527w
串口调试助手定时 40ms ，发送500字节数据，持续发送261w
串口调试助手定时 40ms ，发送1000字节数据，持续发送262w
串口调试助手上发送和接收数量不相等，接着我在代码中添加了个断点，单独发送了一个字节 ‘Z’ 。
代码中接收和发送数量相等，都等于串口调试助手的接收量。这个缺少的部分是串口调试助手发送失败数量，还是串口驱动接收丢失了？
接下来，修改成中断接收发送模式，其它不做修改进行相同的测试，也是有数量差。进一步检查串口驱动里，接收缓存有溢出现象。应用层没来得及把数据取走，就删掉了最旧的数据。
添加一个强制 inline 宏定义
#define rt_forceinline static __attribute__((always_inline))
添加阻塞打开相关标志（）
#define RT_DEVICE_OFLAG_BLOCKING 0x000 /**< blocking io mode */
#define RT_DEVICE_OFLAG_NONBLOCKING 0x004 /**< non-blocking io mode */
...
#define RT_DEVICE_CTRL_BLOCKING 0x05 /**< blocking io */
添加串口驱动缓存和 DMA 二级缓存大小定义（放弃使用 RT_SERIAL_RB_BUFSZ）：
#ifndef RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ
#define RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ 512
#endif
#ifndef RT_SERIAL_DMA_BUFSZ
#define RT_SERIAL_DMA_BUFSZ 32
#endif
串口接收和发送使用的缓存大小是一样的，如果想改变串口缓存大小，请修改 RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ 的值。
如果想改变 DMA 二级缓存大小，请修改 RT_SERIAL_DMA_BUFSZ 的值。
定义一个收发通用 fifo：
struct rt_serial_fifo
{
rt_uint32_t buf_sz;
/* software fifo */
rt_uint8_t *buffer;
rt_uint16_t put_index, get_index;
rt_bool_t is_full;
};
重新定义 rt_serial_device 定义：
struct rt_serial_device
{
struct rt_device parent;
const struct rt_uart_ops *ops;
struct serial_configure config;
void *serial_rx; // 串口接收缓存
void *serial_tx; // 串口发送缓存
#ifdef RT_SERIAL_USING_DMA // 串口收发缓存和 DMA 使用的二级缓存分开
rt_size_t dma_idx_rx;
rt_uint8_t serial_dma_rx[RT_SERIAL_DMA_BUFSZ]; // DMA 接收缓存
rt_uint8_t serial_dma_tx[RT_SERIAL_DMA_BUFSZ]; // DMA 发送缓存
#endif
cb_serial_tx _cb_tx; // 写过程回调函数指针
cb_serial_rx _cb_rx; // 读过程回调函数指针
struct rt_completion completion_tx; // 发送完成
struct rt_completion completion_rx; // 接收到新数据
笔者注：这里虽然用的是完成量，但是这样有个漏洞，见下面详细分析说明
};
typedef struct rt_serial_device rt_serial_t;
串口驱动通用框架和硬件底层接口定义
struct rt_uart_ops
{
// 用于配置外设寄存器，引脚功能复用，启用外设等等
rt_err_t (*configure)(struct rt_serial_device *serial, struct serial_configure *cfg);
// 用于使能禁用中断，初始配置 DMA
rt_err_t (*control)(struct rt_serial_device *serial, int cmd, void *arg);
// 串口外设写数据寄存器*为空*，把数据放入写数据寄存器。*不为空*，死等
int (*putc)(struct rt_serial_device *serial, char c);
// 串口外设读数据寄存器*不为空*，读出读数据寄存器的值。*为空*，返回 -1
int (*getc)(struct rt_serial_device *serial);
// 启动发送，多数是开启串口外设发送寄存器空中断
void (*start_tx)(struct rt_serial_device *serial);
// 结束发送，多数是关闭串口外设发送寄存器空中断
void (*stop_tx)(struct rt_serial_device *serial);
#ifdef RT_SERIAL_USING_DMA
// 判断 DMA 是否在发送过程中，就像上一篇里笔者多次提示的，必须有效检测 DMA 是否在发送数据中
rt_bool_t (*is_dma_txing)(struct rt_serial_device *serial);
// 启动 DMA 发送
void (*start_dma_tx)(struct rt_serial_device *serial, rt_uint8_t *buf, rt_size_t size);
// 停止 DMA 发送
void (*stop_dma_tx)(struct rt_serial_device *serial);
#endif
// 使能串口外设中断
void (*enable_interrupt)(struct rt_serial_device *serial);
// 禁用串口外设中断
void (*disable_interrupt)(struct rt_serial_device *serial);
};
移植 serialX 到新芯片上，必须按照 rt_uart_ops 的定义实现上述几个接口。函数功能不能随意更改。
rt_hw_serial_isr这个中断只接收 RT_SERIAL_EVENT_RX_IND RT_SERIAL_EVENT_RX_IND RT_SERIAL_EVENT_RX_DMADONE RT_SERIAL_EVENT_TX_DMADONE 四种中断状态。
RT_SERIAL_EVENT_RX_IND 接收寄存器不空中断RT_SERIAL_EVENT_TX_DONE 发送寄存器空中断，为了兼容自带 fifo 的芯片，event 参数的高三字节代表 fifo 容量RT_SERIAL_EVENT_RX_DMADONE 串口接收 DMA 中断。 这个可以兼容接收半传输和全传输等多种中断。event 参数的高三字节代表 DMA fifo 接收数据数量（1-RT_SERIAL_DMA_BUFSZ）。RT_SERIAL_EVENT_TX_DMADONE 串口发送 DMA 中断。这个应该保证 DMA 发送完本次 DMA 缓存中的所有数据，也就是对于 stm32 芯片是 DMA 计数达到 0。RT_SERIAL_FIFO_BUFSZ RT_SERIAL_DMA_BUFSZ 两个的定义和实际是否合适，小数据量通信可以定义小点儿，数据量大的情况适当调整这两个值。rt_uart_ops 接口定义，功能实现必须匹配。RT_DEVICE_OFLAG_NONBLOCKING flag。RT_DEVICE_FLAG_INT RT_DEVICE_FLAG_DMA_RX RT_DEVICE_FLAG_INT_TX RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX 四个 open flag 指定收发模式，是用中断还是 DMA。RT_EXXX 错误值。串口驱动里有几个阻塞点，进入阻塞都使用的 rt_complition ，如下代码：
serial->ops->enable_interrupt(serial);
ret = rt_completion_wait(&(serial->completion_rx), RT_WAITING_FOREVER);// 或者 serial->completion_tx
首先开中断，调用 rt_completion_wait 等待完成量进入阻塞。这样是有个漏洞的，当开中断后有个串口中断，中断处理函数里调用 rt_completion_done 是没有任何反应的，rt_completion_done 直接返回退出。
进而回到原线程才执行 rt_completion_wait。之后，如果有第二次接收（或发送）中断发生时才会结束上一次的阻塞。但是，第二次什么时候出现也就是个未知数了。即便前一次可能已经收全了全部想要的数据，但是会不定期阻塞下去。
解决方法有两个：一、不用永久阻塞，换成 10ms 或者几 ms 等待；二、用二值信号量替代。
但是！！！我没有用上述方法中的任何一个进行改进，原因是：
第一种方法无疑要引入一个循环，rt_completion_wait 超时返回的时候循环继续阻塞。还有就是等待时间没有理论支持。最重要的是用循环方式补漏洞的方式不美观。
没使用二值信号量的原因是，rt-thread 的信号量实现没有真正的“二值”，如果中断已经多次 release 了，然后应用层才来一次 take，之后还可能成功 take 多次（虽然应该是要阻塞的，但是实际不阻塞，反而会循环 take 多次）。
因此，暂时继续使用完成量。年后信号量的真正的二值性实现后，再换成信号量方式。
2022/06/06
2022/06/08
2022/06/06
2022/06/08
2023/04/19
下一步计划中。。。敬请期待！
struct serial_configure 结构体，去掉 rt_uint32_t bufsz 成员元素，并将其移动到 struct rt_serial_device 内部。struct rt_uart_ops 添加 init 接口。init 和 configure 进行功能划分，
configure 只进行配置串口外设的“波特率、数据位长度、停止位长度、校验位以及其它可能存在的流控”等配置。init 除了包含 configure 的功能外，还可能包含“引脚复用设置、串口外设时钟配置、串口外设使能以及开启串口外设中断总开关”。**强烈建议：**使能串口外设之前，先给串口外设配置一组默认的“波特率、数据位长度”等。这组默认值，或者是 rt_hw_serial_register 初始化的，或者是上次使用串口设备留下来的。
init 和 configure 功能分离之后，可以使 configure 的操作在 open 之后或者之前，
uart_dev = rt_device_find(SERIAL_DEV_NAME);
rt_device_control(uart_dev, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &uart_conf);
rt_device_open(uart_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
和
uart_dev = rt_device_find(SERIAL_DEV_NAME);
rt_device_open(uart_dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR);
rt_device_control(uart_dev, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &uart_conf);
这两种操作结果都是一样的。
因为，在开启 posix 之后，使用 termios 配置串口波特率只能在 open 之后。
很多芯片厂商提供的开发包里，串口外设使能和配置波特率是同一个函数，并没有单独的配置波特率的函数！
比如 stm32 只有一个 HAL_UART_Init 初始化函数，它的功能是配置串口外设寄存器然后使能串口，这个函数内部调用了静态函数 UART_SetConfig 配置波特率等寄存器。并没有外部接口版本的 UART_SetConfig 。
作为对比，gd32 提供的接口就丰富多了，不仅有 usart_baudrate_set 还有 usart_word_length_set usart_stop_bit_set usart_parity_config ，每一个都是可以单独设置的。
因此，结论是，init 和 configure 功能分离之后，stm32 并没有改进。除非我们修改 HAL 的源码，把 UART_SetConfig 修改成全局函数并提供外部引用声明（这可能要触动很多人的神经了）， configure 里只调用 UART_SetConfig 。
添加阻塞超时特性
rt_tick_t timeout = 50;
rt_device_control(serial_dev, RT_DEVICE_CTRL_TIMEOUT, &timeout);
设置读写超时时间，在阻塞模式下等待读/写超过一定时间后从读/写等待返回
现笔者将打码开放出来 gitee 仓库 serialX，求全论坛公测。期待各位大佬提出各种测试方案，它最不怕的就是考验。
有问题可以在仓库里提 issue ,或者到 rt-thread 官方论坛上进行讨论。
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