当今，串行通信协议在各种嵌入式系统和物联网设备中被广泛应用。其中，UART作为最基础的串行通信协议之一，被广泛应用于微控制器、传感器、通信模块等设备之间的数据传输。在UART通信中，数据的传输方式通常是定长字节，即每次传输的字节数是固定的。然而，在一些特殊的应用场景中，变长字节数据的传输方式则更加适用。

在这篇博客中，我将介绍UART接收变长字节数据的优势和实现方法，以及与定长字节数据传输方式的区别，并探讨两种桃芯可实现的方法————UART FIFO Mode Only方式和UART FIFO Mode + DMA方式。

优势分析

在实际应用中，UART接收变长字节数据的场景很常见，下面列举了几种比较常见的场景：

  1. 传感器数据传输
  2. 文件传输
  3. 音视频数据传输
  4. 协议传输

这些场景都有显著特点是数据长度不固定 、 传输时间不固定，可能会在不同的通信过程中发生变化。除此之外，甚至会当有一些硬件不支持流控。在这些情况下，就需要用到UART接收变长字节数据的方法，优势：

  1. 灵活性高：可以根据实际需要动态调整接收数据的长度，适应不同场景的需求。
  2. 节省资源：只需要接收实际需要的数据，避免了接收固定长度数据时可能产生的资源浪费。
  3. 提高通信效率：变长字节数据可以根据实际数据量进行发送，减少了通信过程中的空闲时间，提高了通信效率。

实现方式

在实际应用中常见的实现方式有三种UART单字中断接收、UART FIFO Mode Only方式、UART FIFO Mode + DMA方式，在下表中我对三种方式的实现原理以及优缺点进行了详细的说明：

方式 实现原理 优点 缺点
UART单字节中断接收 每接收到一个字节
触发一次中断处理		 简单易实现，
不需要额外的
硬件支持		 需要频繁的中断处
理，CPU负载高，
适用于低速数据传
输
UART FIFO Mode Only 使用硬件FIFO缓存
存储接收到的数据		 可以减轻CPU
负载，适用于
中速数据传输		 FIFO缓存大小限制
了接收数据的最大
长度，需要设置合
适的缓存大小和中
断频率
UART FIFO Mode + DMA 使用DMA直接将接
收到的数据存储到
内存中		 可以大大提高
接收效率，适
用于高速数据
传输和大数据
量的接收		 需要硬件支持，实
现复杂，需要额外
的DMA控制器和
内存空间，高端芯
片支持程度较好

需要注意的是，选择哪种方式需要根据具体场景的需求和硬件条件综合考虑。单字节中断接收可以适用于低速数据传输，而UART+FIFO和UART+DMA适用于中高速数据传输和大数据量的接收，具有更高的效率和可靠性。另外，不同芯片和模块对这些方式的支持程度也不同，需要根据具体情况进行选择和配置。

桃芯可实现方案

由于ING916x CPU 处理UART接收数据时，尤其是单字节接收时频繁进入中断，极大地增加了CPU loading，同时CPU无法进入低功耗工作模式。鉴于上述情况，ING916x提供了以下两种接收变长数据的工作方式，在UART接收变长数据完成后，等待UART RXD线上空闲一段时间后快速进入一次中断处理。

UART FIFO Mode Only方式

方案简介

UART FIFO Mode Only方式是仅依赖于UART模块内部的FIFO（先进先出）缓冲区实现接收变长字节数据的方法。在这种方式下，CPU需要定期检查UART接收缓冲区并读取数据。

假设FIFO的深度为32bytes，为了保证RX FIFO不溢出，单次接收到半满状态，即将RXIFLSEL设置为16bytes，同时使能UART的接收中断以及接收超时中断，至此完成配置，等待数据到来。

接收数据时，每到达16bytes就会触发一次接收中断，在中断中读取15bytes数据，清除中断后继续接收数据，如此反复，尾部数据不足16bytes时，则会触发接收超时中断，在中断中读空FIFO，至此传输的数据接收完成，并将所有的数据打包发送给应用层去使用。

配置流程

  1. 配置UART波特率，同时配置使能UART RX FIFO Mode，配置相应RXIFLSEL为0x10.
  2. UART RX开始接收数据，CPU周期性收到UART模块的UARTRXINTR中断，则CPU进入中断处理程序。在中断处理程序里CPU需要把UART RX FIFO中数据读出处理，每次读出15bytes.
  3. 对于UART RX尾部数据，直到CPU收到UART模块的UARTRTINTR中断，则CPU进入中断处理程序。在中断处理程序里CPU需要把UART RX FIFO中的剩余数据读出，应该是1-15bytes，具体方法是每次读出1bytes, 然后查询UART模块的RX FIFO空标志位RXFE，直至把UART RX FIFO读空。

UART FIFO Mode + DMA方式

方案简介

UART FIFO Mode + DMA方式是通过使用DMA（直接存储器访问）控制器并结合UART模块内部的FIFO实现UART接收变长字节数据的方法。DMA控制器可以在不占用CPU资源的前提下，将接收到的数据直接传输到指定的内存地址。但是由于ING916XX系列的DMA不支持DMA LEN，而是设置固定长度，所以我们需要开启UART的接收超时中断，等待数据到来。

接收数据时，DMA会自动的将UART中的数据按照最小单元SrcBurstSize将数据循环读出，直到达到最大值TranSize,所以我们需要随时更新TranSize以保证数据持续接收，尾部数据不足SrcBurstSize时，则会触发接收超时中断，在中断中读空FIFO，至此传输的数据接收完成，并将所有的数据打包发送给应用层去使用。

配置流程

  1. 配置UART波特率，同时配置使能UART RX FIFO Mode，配置相应RXIFLSEL为0x7（推荐值）。
  2. 配置DMA模块 其中一个channel配合UART RX handshake工作模式，配置SrcBurstSize为0x2（推荐值）。
  3. 配置完UART和DMA模块后，UART RX开始接收数据，直到CPU收到UART模块的UARTRTINTR中断，则CPU进入中断处理程序。在中断处理程序里CPU需要把UART RX FIFO中的剩余数据读出，应该是1-6bytes，具体方法是每次读出1bytes, 然后查询UART模块的RX FIFO空标志位RXFE，直至把UART RX FIFO读空。同时在中断处理程序里更新DMA配置数值，以便进行下一次UART变长数据接收。

总结

如果UART模块使能FIFO Mode，不配合DMA搬运接收数据的情况，应用中会有很多限制。建议在有UART FIFO且硬件不支持DMA的情况下使用UART FIFO Mode Only方式，譬如ING918XX系列芯片。对于ING916XX系列芯片，建议使用UART FIFO Mode + DMA方式，能够使提升CPU的性能，并且降低系统的功耗。

上述两种桃芯可实现的方案已经完全实现，具体的代码可以查看《ING916XXx系列芯片开发者手册》的UART部分。