基于FreeRTOS的ATSAMD21 SERCOM(USART)非阻塞连续读写实现问题

问题根因 #

你将驱动中等待RXC接收标志位的while循环改为if判断后，原设计读取N字节的接口每次仅会读取1字节就直接返回，剩余未读取的字节会滞留在接收寄存器中，多次调用读接口时会重复读取寄存器内未更新的旧数据，最终出现多字节发送时仅返回最后一个字节重复值的问题。

推荐实现方案：驱动层新增环形缓冲区适配FreeRTOS #

该方案通过中断+环形缓冲区缓存接收数据，完全避免应用层阻塞，同时不会丢数，适配FreeRTOS多任务场景。

实现步骤 #

• 第一步：在SERCOM3 UART驱动中新增静态环形缓冲区、读写指针变量，大小可根据实际波特率调整，常规场景设为32~128字节即可
• 第二步：修改UART接收中断服务函数，每次触发RXC接收中断时，直接将接收寄存器的数据写入环形缓冲区并更新写指针，无需应用层等待标志位
• 第三步：新增非阻塞读接口，调用时直接从环形缓冲区读取已缓存的数据，缓冲区数据不足时直接返回实际读到的字节数，不阻塞
• 第四步：若需要写操作也非阻塞，按同样逻辑给发送链路新增环形缓冲区，发送中断触发时从缓冲区取数据写入发送寄存器即可

示例代码 #

驱动层修改代码

// 驱动文件新增全局变量定义
#define UART_RX_BUF_SIZE 64
static uint8_t uart_rx_buf[UART_RX_BUF_SIZE];
static volatile uint8_t rx_wr_ptr = 0;
static volatile uint8_t rx_rd_ptr = 0;

// 原有SERCOM3接收中断服务函数修改
void SERCOM3_USART_InterruptHandler(void)
{
    // 原有其他中断处理逻辑保留
    if(SERCOM3->USART.INTFLAG.bit.RXC) {
        uint8_t recv_data = SERCOM3->USART.DATA.reg;
        uint8_t next_wr = (rx_wr_ptr + 1) % UART_RX_BUF_SIZE;
        // 缓冲区未满时写入数据
        if(next_wr != rx_rd_ptr) {
            uart_rx_buf[rx_wr_ptr] = recv_data;
            rx_wr_ptr = next_wr;
        }
        // 清除中断标志位
        SERCOM3->USART.INTFLAG.reg = SERCOM_USART_INTFLAG_RXC;
    }
}

// 新增非阻塞读接口，返回实际读取的字节数
uint8_t SERCOM3_USART_Read_Noblock(uint8_t *out_buf, uint8_t req_len)
{
    uint8_t read_cnt = 0;
    // 进入临界区防止中断修改指针引发竞争
    taskENTER_CRITICAL();
    while((rx_rd_ptr != rx_wr_ptr) && (read_cnt < req_len)) {
        out_buf[read_cnt++] = uart_rx_buf[rx_rd_ptr];
        rx_rd_ptr = (rx_rd_ptr + 1) % UART_RX_BUF_SIZE;
    }
    taskEXIT_CRITICAL();
    return read_cnt;
}

应用层代码修改

while(1)
{
    memset(ch, 0, 2);
    // 非阻塞读，无需等待，直接返回实际读到的字节数
    uint8_t recv_len = SERCOM3_USART_Read_Noblock(ch, 2);
    // 可在这里判断recv_len == 2后再执行接收数据的处理逻辑
    SERCOM3_USART_Write(th, 2);
    // 可选：增加1ms延时让出CPU，避免该任务占满处理器资源
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1));
}

临时验证方案：不改驱动的应用层实现 #

仅用于快速验证功能，波特率较高时容易丢包，不建议量产使用：

uint8_t recv_cnt = 0;
while(1)
{
    // 直接查询接收标志位，有数据再读
    if(SERCOM3->USART.INTFLAG.bit.RXC) {
        ch[recv_cnt++] = SERCOM3->USART.DATA.reg;
        if(recv_cnt >= 2) {
            recv_cnt = 0;
            // 收到2字节后的处理逻辑写在这里
        }
    }
    SERCOM3_USART_Write(th, 2);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1));
}

注意：配置UART中断优先级时需保证其优先级高于普通应用任务，避免高负载场景下中断响应不及时丢数；如果写操作也存在阻塞问题，按照接收环形缓冲区的逻辑给发送链路也加一套缓存即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Murlidhar Roy