關(guān)于USART 傳輸標(biāo)志TXE/TC 的話題

整理：MilerShao

關(guān)于ST MCU的USART傳輸，經(jīng)常會(huì)有人圍繞TXE/TC的使用產(chǎn)生些疑惑，或者因?yàn)槎�者的�?yīng)用產(chǎn)生些問題。這里本人抽空稍加整理與大家分享交流下。 

一、關(guān)于TXE、TC標(biāo)志的基本概念和理解

 關(guān)于USART傳輸不妨截取一部分框圖看看。其發(fā)送過程如下：

    其發(fā)送部分由兩部分組成，一部分是數(shù)據(jù)緩存區(qū)，即TDR,另一部分是數(shù)據(jù)移位寄存器，即下圖中下方的紅色方框內(nèi)。首先，待發(fā)送的數(shù)據(jù)放進(jìn)數(shù)據(jù)緩存區(qū)，即TDR, 然后適時(shí)地把TDR中的數(shù)據(jù)拷貝進(jìn)移位寄存器【transimit shift register】。數(shù)據(jù)從移位寄存器中一位接一位的送到TX線上，直到把移位寄存器里的數(shù)據(jù)全部送出去。完成整個(gè)過程后，那個(gè)待發(fā)送數(shù)據(jù)才算發(fā)送完畢。


在這個(gè)過程中就涉及到2個(gè)標(biāo)志位，一個(gè)是TXE位，一個(gè)是TC位，在USART_SR寄存器里面。
 

芯片復(fù)位后，寄存器【USART_SR】的默認(rèn)值為0x00C0,即【TXE、TC】的默認(rèn)值為均為1。這里先提下，后面還會(huì)提到這個(gè)默認(rèn)值。【很多時(shí)候關(guān)注寄存器的默認(rèn)值是必要的】

TXE表示發(fā)送緩存區(qū)【TDR】是否為空的標(biāo)志。如果TDR里有暫放數(shù)據(jù)，即其沒空，此時(shí)TXE=0。當(dāng)把TDR里的數(shù)據(jù)COPY到移位寄存器里了且沒放新數(shù)據(jù)進(jìn)TDR時(shí)，TXE=1.
 

TC 表示從TDR里過來(lái)的數(shù)據(jù)是否全部移到外面的TX線上去了的標(biāo)志。如果從TDR過來(lái)的數(shù)據(jù)全部被移送到TX線而且此時(shí)TDR里也沒有新的數(shù)據(jù)，則TC=1。相反，如果剛才從TDR里過來(lái)的數(shù)據(jù)還沒有全部移到外面去，或者說雖然之前TDR里的數(shù)據(jù)被移走了，但TDR里又來(lái)了新的數(shù)據(jù)，此時(shí)TC=0。平常大家把TC稱之為傳輸結(jié)束標(biāo)志，沒說錯(cuò)，但有時(shí)可能會(huì)帶來(lái)些誤解，誤解就出在“結(jié)束”這個(gè)字眼上。
 

對(duì)于上面的描述，若有人覺得不夠直觀的話，不妨再看看上面的傳輸數(shù)據(jù)流程圖。關(guān)于TXE/TC標(biāo)志，這里我們可以打個(gè)相對(duì)生活化的比方，可能不是十分貼切。

   假設(shè)有一撥人【待發(fā)送的全部數(shù)據(jù)】要去某地去辦事，計(jì)劃用車按每波幾個(gè)人【每次發(fā)送的數(shù)據(jù)】分批、連續(xù)地送過去。每批一同坐車【進(jìn)TDR]到中途某地，然后下車上一座獨(dú)木橋【移位寄存器】，再列隊(duì)從橋上一個(gè)個(gè)過去后就到目的地【TX腳】了。

 TXE=1 對(duì)應(yīng)著車?yán)镒�了一車人的時(shí)候；【TDR里放有數(shù)據(jù)】

 TXE=0對(duì)應(yīng)著每波人剛下了車并上了獨(dú)木橋的時(shí)候；【TDR里沒有數(shù)據(jù)】

 TC=1 此處，對(duì)應(yīng)著所有要外出的人都過了獨(dú)木橋的時(shí)候；【所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)都送出去了】

 TC=0 對(duì)應(yīng)著有人還在橋上，或者有部分人雖然過了橋 但還有人在車上。【比方待發(fā)送1024個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，還只是發(fā)送一部分出去的時(shí)候。】

 關(guān)于TC標(biāo)志置1要避免一個(gè)誤解，并不是說一定要等到想發(fā)送的所有數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢后才會(huì)置1。其實(shí)，只要滿足從TDR過了的數(shù)據(jù)全部移送到TX腳且此時(shí)沒有新數(shù)據(jù)進(jìn)TDR，TC就置1。借用上面的比方，只要上了車的人一定負(fù)責(zé)送過獨(dú)木橋，但如果前面車上的人都過了橋而后續(xù)的是空車，就算結(jié)束一次傳送任務(wù)。如果還有人想過坐車過橋，那得開啟新的任務(wù)單。

以上面提到的1024個(gè)字節(jié)的待傳數(shù)據(jù)來(lái)說，不考慮DMA方式的話，你可以有三種實(shí)現(xiàn)方式：

1、查詢1024個(gè)TC標(biāo)志來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)；【顯然每個(gè)字都是發(fā)送結(jié)束后才發(fā)送下一個(gè)字�！�

2、查詢1023個(gè)TXE標(biāo)志和1個(gè)TC標(biāo)志；

3、查詢1024個(gè)TXE標(biāo)志。

總之，不能哪種方式，能滿足應(yīng)用要求就行�！�上面提到的坐車過橋默認(rèn)第2種方式】

這里我們不妨看看相同條件下，通過查詢TXE和TC標(biāo)志不停發(fā)送數(shù)據(jù)的情形，有無(wú)差別。假設(shè)8位字長(zhǎng)，1個(gè)STOP位，1個(gè)start位，波特率一樣，數(shù)據(jù)始終是0x55。
 

下面是同一UART的TX腳分別查詢TXE和TC標(biāo)志而測(cè)得的2路輸出波形。

               Figure 1  (polling TXE)

            Figure 2   (polling  TC)

顯然兩種情形下，輸出波形是有差異的。輪詢TC標(biāo)志時(shí)，發(fā)現(xiàn)字與字之間多了個(gè)近似于1個(gè)位的間隔;相比之下，而輪詢TXE就發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)非常連貫。因?yàn)椴樵?/font>TC的話，每次要等到每個(gè)字的數(shù)據(jù)全部移出移位寄存器后才去補(bǔ)充下一個(gè)數(shù)據(jù)，這樣會(huì)導(dǎo)致一個(gè)小停頓。

查詢TXE可以及時(shí)的補(bǔ)充數(shù)據(jù)，保證傳輸效率；查詢TC可以確切知道數(shù)據(jù)發(fā)送出去的時(shí)間點(diǎn)。常常二者配合使用，這樣既保證傳輸?shù)男�率又及時(shí)確切掌握數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)。

二、關(guān)于使用TXE/TC標(biāo)志使用不當(dāng)導(dǎo)致的問題。

2.1 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使用TC標(biāo)志不當(dāng)而丟失第一個(gè)字的問題。

出現(xiàn)這鐘情況的相關(guān)發(fā)送代碼有個(gè)基本特征，先填寫數(shù)據(jù)進(jìn)TDR，然后查詢TC標(biāo)志決定是否該更新TDR的數(shù)據(jù)。大致代碼如下：

for(i=0; i<N; i++)
      {
        USART_SendData(USARTx, TxBuffer[i]);
        while(USART_GetFlagStatus(USARTx, USART_FLAG_TC) == RESET);
      }

按照上面代碼，發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)就可能出問題。

前面提到過TC標(biāo)志在芯片復(fù)位后的默認(rèn)值就是1，對(duì)于單數(shù)據(jù)緩沖傳輸來(lái)說，如果要清零TC的話，必須依次遵循下面2個(gè)步驟【注意“依次”二字】，即先讀SR，再寫DR.
 

這里的第一個(gè)數(shù)據(jù)，是先寫DR后讀SR，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)TC的清零，自然TC為1的初始值沒變。按照代碼指令就立即填寫第2個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)TDR，此時(shí)第1個(gè)數(shù)據(jù)可能還沒來(lái)得及發(fā)送就被覆蓋了。

不過從2次更新數(shù)據(jù)起，每次都滿足先讀SR后寫DR的次序，這樣TC每次都能可靠清零，后面自然不會(huì)出現(xiàn)類似第一個(gè)字的錯(cuò)了。

如果你把上面代碼中輪詢TC標(biāo)志改為TXE標(biāo)志就沒這個(gè)問題。因?yàn)槊看螌?/font>DR都會(huì)清零TX�；蛘咴陂_始傳送代碼前做一次TC清零操作也可以規(guī)避那個(gè)問題。

2.2 TXE的不當(dāng)使用導(dǎo)致最后一個(gè)字丟失的問題。

這里說TXE使用不當(dāng)主要是指該用TC的時(shí)候用了TXE標(biāo)志。其實(shí)TC標(biāo)志的主要作用就是確保每次送到數(shù)據(jù)緩沖器TDR里數(shù)據(jù)全部移送到TX線上去。當(dāng)發(fā)送一組多數(shù)據(jù)時(shí)，最后一個(gè)數(shù)據(jù)放人TDR后，建議查詢等待TC=1。尤其是類似如下場(chǎng)合：

A:UART發(fā)送完數(shù)據(jù)后 需要禁用UART;

B:UART發(fā)送完數(shù)據(jù)后 需要進(jìn)入休眠狀態(tài)；

上述情況下，當(dāng)最后一個(gè)數(shù)據(jù)放人TDR后，若只是等待TXE=1就行動(dòng)，那最后一個(gè)數(shù)據(jù)可能沒來(lái)得及從移位寄存器移出去就會(huì)因?yàn)橥庠O(shè)失能指令或休眠指令掛掉了。如果套用上面的比方，常聽說“過河拆橋”，這里是人家還沒過橋就急于拆橋，悲劇自然就容易發(fā)生了。