3D打印机Marlin固件串口功能解析和程序移植

杨源鑫

发布于 2021-05-27 15:17:03

2.4K0

发布于 2021-05-27 15:17:03

原版Marlin固件硬件平台基于arduino，采用C++类对串口操作函数函数进行了封装，代码注释中介绍了这些函数的功能。MarlinSerial.h文件中类的定义，此处的类只保留的框架结构，留存的这些函数基本上是要一直到STM32平台要实现的函数。

class MarlinSerial //: public Stream
{
  public:
    MarlinSerial();
    void begin(long); //串口初始化设置，配置串口波特率
    void end();       //禁止串口传输函数
    int peek(void);   //读串口缓存中下一字节的数据（字符型），但不从内部缓存中删除该数据。
    int read(void);   //读取串口数据，一次读一个字符，读完后删除已读数据
    void flush(void); //等待输出数据传送完毕
    int available(void)；//返回的是缓冲区准确的可读字节数
    void checkRx(void)
};
extern MarlinSerial MSerial; //外部声明，实例化一个串口对象MSerial

MarlinSerial.cpp文件中定义了具体函数的实现方式，通过实例化的对象便可以操作这些串口函数。

循环队列简介

该串口操作函数用到了数据结构中循环队列的算法，下面先介绍一下循环队列：

//定义队列
#define MaxSize  50  //定义队列中元素的最大个数
typedef struct
{
    int  data[MaxSize]; //存放队列元素
    int front, rear; //队头指针和队尾指针
}SqQueue

把存储队列元素的表从逻辑上看成一个环，称为循环队列。当队首指针Q.font = MaxSize-1后再前进一个位置就会自动到0，这就可以利用除法取余运算来实现。

具体循环队列的实现请参考数据结构循环队列部分。（后面整理这一部分）

为什么要在串口接收部分创建环形缓冲区？

（引用）串口数据处理机制是数据接收并原样回发的机制是：成功接收到一个数据，触发进入中断，在中断函数中将数据读取出来，然后立即处理。这一种数据处理机制是“非缓冲中断方式”，虽然这种数据处理方式不消耗时间，但是这种数据处理方式严重的缺点是：数据无缓冲区，如果先前接收的的数据如果尚未发送完成（处理完成），然后串口又接收到新的数据，新接收的数据就会把尚未处理的数据覆盖，从而导致“数据丢包”。串口接收部分创建环形缓冲区便可以很好的避免因收发速度不一致产生的数据丢包。

串口缓冲区的实现

接下来具体分析下Marlin串口缓冲区的实现(下面分析的代码为移植到STM32上的实现代码，原理一致。)：

.h头文件

#define RX_BUFFER_SIZE 128   //定义串口缓冲区的大小
//定义环形缓冲区结构体
typerdef struct
{
  unsigned char buffer[RX_BUFFER_SIZE];  //存放接收到的字符
  int head;  //队头指针
  int tail;    //队尾指针
}ring_buffer;

注意：这里的头和尾的定义恰与循环队列里面的头和尾定义相反，在理解上将head当作rear，将tail当作front即可

.c文件

ring_buffer rx_buffer  =  { { 0 }, 0, 0 }; //定义结构体类型的接收缓冲区并初始化
void store_char(unsigned char c)  //将接收到的数据存入缓冲区
{
  int i = (unsigned int)(rx_buffer.head + 1) % RX_BUFFER_SIZE;
  //如果我们应该存储的接收到的字符的位置刚好在尾端的前面
  //（意味着头部将要进入尾端的当前位置），这样将会溢出缓冲区，
  //因此我们不该存入这个字符或使这个头前进
  if (i != rx_buffer.tail)  //缓冲区没有存满
  {
    rx_buffer.buffer[rx_buffer.head] = c;
    rx_buffer.head = i;
  }
}
unsigned int MSerial_available(void)  //返回串口缓存区中数据的个数
{
   return (unsigned int)(RX_BUFFER_SIZE + rx_buffer.head

   - rx_buffer.tail) % RX_BUFFER_SIZE;
  }

uint8_t MSerial_peek(void)
{
    if (rx_buffer.head == rx_buffer.tail)
    {
        return 0;
    }
    else
    {
        return rx_buffer.buffer[rx_buffer.tail];
    }
}

uint8_t Mserial_read(void)  //按存入顺序逐个读取缓冲区的数据
{
  uint8_t c;
   /*如果头不是在尾的前面，将收不到任何字符*/
  if (rx_buffer.head == rx_buffer.tail)
 {
    return 0;
  }
else
{
    c = rx_buffer.buffer[rx_buffer.tail];
    rx_buffer.tail = (unsigned int)(rx_buffer.tail + 1) % RX_BUFFER_SIZE;
    return c;
  }
}
void MSerial_flush(void)  //等待串口数据传送完毕
{
  // RX
 //不要颠倒这个否则可能会有一些问题，如果接收中断发生在读
 //取rx_buffer_head之后但在写入rx_buffer_tail之前
 //之前的rx_buffer_head值可能被写到rx_buffer_tail
 //使它呈现缓冲区是满的而非空的状态*/
  rx_buffer.head = rx_buffer.tail;
}

后面还有有什么不太理解，可以检索“循环队列” 、“串口环形缓冲区”等关键字来增进理解。

本文参与腾讯云自媒体分享计划，分享自微信公众号。

原始发表：2021-05-07，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

单片机