如何实现嵌入式里串口(UART)自动波特率识别程序设计？

  一、串口(UART)自动波特率识别程序设计

  1.1 函数接口定义

  　　轮询法与中断法函数接口保持一致，详见 《串口(UART)自动波特率识别程序设计与实现(中断)》 1.1 小节，两者共享头文件：autobaud.h，这样方便项目设计时自由切换自动波特率识别方法。
  1.2 识别设计思想

  　　关于识别的思路，轮询法与中断法也是一致的，详见 《串口(UART)自动波特率识别程序设计与实现(中断)》 1.2 小节，但是轮询法里多了手动检测 RXD 引脚电平下降沿跳变的过程。
  　　引脚电平跳变检测其实也很简单，就是不断读取引脚输入电平值，并比较相邻两次输入电平值，如果发现不一致，则是跳变发生之时。如果前一次电平值是高，那么此时便是下降沿。
  
   
  
1.3 主代码实现
　　根据上一小节描述的设计思想，我们很容易写出下面的主代码(autobaud_poll_v2.1.c)，代码里痞子衡都做了详细注释。相比中断法源代码，我们其实只需要修改 autobaud_get_rate() 函数实现如下：


//! @brief 读取GPIO管脚输入电平
extern uint32_t read_autobaud_pin(void);

bool autobaud_get_rate(uint32_t *rate)
{
    // 仅当电平为低(非空闲态)时才开始识别
    uint32_t currentEdge = read_autobaud_pin();
    if (currentEdge != 1)
    {
        pin_transition_callback();
        uint32_t previousEdge = currentEdge;
        while (s_transitionCount < kFirstByteRequiredFallingEdges + kSecondByteRequiredFallingEdges)
        {
            // 检查是否有电平翻转
            currentEdge = read_autobaud_pin();
            if (currentEdge != previousEdge)
            {
                // 仅当电平翻转是下降沿时
                if (previousEdge == 1)
                {
                    pin_transition_callback();
                }
                previousEdge = currentEdge;
            }
        }

        // 计算出实际检测到的波特率值
        uint32_t calculatedBaud =
            (microseconds_get_clock() * (kNumberOfBitsForFirstByteMeasured + kNumberOfBitsForSecondByteMeasured)) /
            (uint32_t)(s_firstByteTotalTicks + s_secondByteTotalTicks);
        // 对实际检测出的波特率值做对齐处理
        // 公式：rounded = stepSize * (value/stepSize + .5)
        *rate = ((((calculatedBaud * 10) / kAutobaudStepSize) + 5) / 10) * kAutobaudStepSize;

        return true;
    }
    else
    {
        return false;
    }
}


二、串口(UART)自动波特率识别程序实现
　　前面讲的都是硬件无关设计，但最终还是要落实到具体 MCU 平台上的，其中 GPIO 读取部分是跟 MCU 紧相关的。我们以恩智浦 i.MXRT1011 为例来介绍硬件实现。


2.1 软件消抖实现
　　恩智浦 MIMXRT1010-EVK 有板载调试器 DAPLink，这个 DAPLink 中也集成了 USB 转串口的功能，对应的 UART 引脚是 IOMUXC_GPIO_09_LPUART1_RXD 和 IOMUXC_GPIO_10_LPUART1_TXD，我们就选用这个管脚 GPIO1[9] 做自动波特率检测，引脚电平读取函数代码如下：


#define AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT (20U)

uint32_t read_autobaud_pin(void)
{
    // 多次读取管脚输入电平值
    uint32_t readCount = 0;
    for (uint32_t i = 0; i < AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT; i++)
    {
        readCount += GPIO_PinRead(GPIO1, 9);
    }

    // 如某电平值出现几率超过半数，则认定为有效电平
    return (readCount < (AUTOBAUD_PIN_DEBOUNCE_READ_COUNT / 2)) ? 0 : 1;
}
　　关于 I/O 软件消抖，一般有两种实现：一、是两次 I/O 读取之间加一定延时(us级别)，如两次值一样，则认定有效，否则重复此过程；二、是多次读取 I/O 值，取其中出现几率超过一半的那个电平值。前者主要适用按键的场景，后者更适用本文轮询法自动波特率识别场景。


2.2 在MIMXRT1010-EVK上实测
　　最后就是在板子上实测，因为在设计上轮询法与中断法接口是一致的，因此测试主函数代码完全不用修改，详见 《串口(UART)自动波特率识别程序设计与实现(中断)》 2.2 小节。测试结果同样达到了预期效果。


　　至此，嵌入式里串口(UART)自动波特率识别程序设计与实现痞子衡便介绍完毕了，掌声在哪里~~~