为什么HAL会减慢UART传输速度？

Question

我正在使用Nucleo板STML073Rz来采样频率为1khz的正弦波。我的STMCubeIDE配置如下。

系统时钟：HSE 8Mhz

蒂默2

预标量：8-1， 实际收益：100-1， 定时器溢出频率：10000Hz， 触发事件选择：更新事件

ADC

Prescalar：同步时钟模式除以2， ADC分辨率：8位分辨率， 数据对齐：右， 外部触发转换源：Timer2触发输出事件

UART2

时钟：系统时钟8Mhz， 波特率：115200， 字长：8位， 溢出：禁用

我的要求是以10000Hz的采样频率对进入ADC6通道的正弦波进行采样。我使用以下逻辑将样本发送到网关。

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{
    endOfConversion = 1;
    HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);
}

HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
HAL_ADC_Start_IT(&hadc);

numsamples=4500;
txcount = 0;
endOfConversion=0;
do
{
    if(endOfConversion==1)
    {
        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &adc_value, 1, 10);
        endOfConversion=0;
        txcount+=1;
    }
}while(txcount<=numsamples);
HAL_ADC_Stop_IT(&hadc);

这里只展示逻辑，不展示全部代码。在网关处，我绘制了样本的 fft，它显示峰值为 2000Hz，而不是 1000Hz。

经过一些调试，我发现 HAL 延迟了 1 个字节的传输，因此只有交替样本被发送到网关。

为什么HAL UART延迟传输？

Answer 1

可以说这是事件的时间线，其中

|

标记了 10000Hz（100us）的间隔。

Timer2 和 ADC 的配置方式，每次转换时都会有一个 TIM2 和一个 ADC 触发器。从数据表来看，相对于 100us 间隔，ADC 转换速度非常快 (0.4uz)，我们可以假装 ADC 转换回调与图中的触发器同时发生。

|------|------|-----|-----|------|
^Tim2 IRQ / ADC trigger / HAL_ADC_ConvCpltCallback

就像 @the-busybee 的评论提到的那样，UART 速度是相关的。 UART 配置为轮询模式，因此这也相关。

HAL_UART_Transmit(&huart1, &adc_value, 1, 10);

通过 115200Hz 波特率线路发送 10 个字节，大约需要 100us（这是来自 10/115200 的粗略幅度猜测）。

之前带有定时器和 ADC 事件的时间线发生在后台的硬件中。同时，在主

do {} while

循环中运行的代码同时在前台软件中发生。如果 UART 传输时间超过 100us，那么以下是发生情况的可能时间表：

|------|------|-----|-----|------|
^Tim2 IRQ / ADC trigger / HAL_ADC_ConvCpltCallback

|......Auuuuuuur....Auuuuuur......A
  |    | |     ^ The main loop resets the conversion flag with `endOfConversion=0`
  |    | ^ Time spent transmitting the read value over the UART
  |    ^ main loop reads ADC value HAL_ADC_GetValue(&hadc);
  ^ The main while loop is waiting for `if(endOfConversion==1)` to be true

当下一个 irq 发生时，UART 传输仍在进行中，但由于

endOfConversion

在 UART 完成后重置，因此循环必须等待另一个 TIM2 IRQ 来读取并传输另一个样本。

我认为你可以通过在 UART 传输之前重置

endOfConversion

来解决这个问题，以取出所有这些“。”上面的软件时间线中的状态如下：

    if(endOfConversion==1)
    {
        adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc);
        endOfConversion=0;       
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &adc_value, 1, 10);
        txcount+=1;
    }

如果此解决方案导致有趣的采样率问题，那么您需要执行一些更奇特的操作，例如缓存数据以便稍后传输，或使用更高波特率的 UART（如果可能）。