Обнаружение начального бита в программном обеспечении UART

Я экспериментирую с написанием программного UART на моем микроконтроллере, используя выводы GPIO. Это делается для временного добавления канала UART в проект до тех пор, пока не будет реализован новый дизайн, в котором используется универсальный канал управления с большим количеством портов UART.

То, с чем я сталкиваюсь, - это правильное определение начального бита в последовательном потоке. Источник потока является внешним, и ему все равно, когда мое устройство включается. Поэтому вполне вероятно, что мое устройство включится и начнет видеть биты данных в середине передачи байтов. Несомненно, это приведет к тому, что мое программное обеспечение UART будет считывать ошибочные значения, поскольку оно не сможет определить разницу между стартовым битом и любым другим переходом от высокого к низкому уровню.

Это неизбежная проблема с каналом UART? Или есть какая-то хитрая уловка, которую производители ОК используют в своих аппаратных UART?

Если вы используете длину стопового бита, легко различимую от остальной части потока данных, например, 1,5-битное время, тогда будет легко начать получать передачу в середине передачи. Однако это происходит за счет увеличения накладных расходов. Ваша общая доступная пропускная способность данных пострадает при увеличении длины вашего стоп-бита.

Если вы не используете шину, которая интенсивно и часто имеет промежутки между кадрами, то это может быть просто вопросом ожидания появления одного из этих промежутков, а затем выбора первой передачи hi-lo в качестве начала вашей Следующий стартовый бит.

Имейте в виду, что число битов данных должно быть предсказуемым, как и размер кадра, поэтому даже если вы используете 100% пропускной способности шины, а ваш стоп-бит занимает один бит, вы все равно сможете найти начать бит, если вы соберете достаточно кадров. Каждый кадр гарантированно имеет переход hi-lo в нем. Стоп-бит всегда высокий. Стартовый бит всегда низкий. Предполагая, что ваши данные случайные (или достаточно случайные), вы можете сделать что-то простое, например создать буфер размером вашего кадра, установить каждый бит в нем, а затем продолжать собирать кадры и вставлять их в этот буфер, пока в буфере не будет только 1 бит установлен. Этот бит ваш стоп-бит. Следующий за ним - ваш стартовый бит. Вуаля! Вы нашли это.

Если вы используете бит четности, другим вариантом будет захват данных на два кадра, выбор первого младшего бита в качестве начального бита, а затем вычисление контрольной суммы и сравнение с битом четности. Если это соответствует, то вы (вероятно) нашли стартовый бит. Если этого не произойдет, выберите следующий младший бит и повторяйте, пока не получите хорошую контрольную сумму. Если вы не можете найти бит в ваших двух кадрах данных, который считается действительным начальным битом, тогда ваши данные были повреждены, и вам нужно будет захватить еще два кадра.

Аппаратные UART имеют ту же проблему. Но обычно это тот, который решает себя в короткие сроки в любом случае. В конце каждого кадра проверьте стоп-бит, и, если он не высокий, сбросьте кадр и дождитесь следующего перехода с высокого уровня на низкий. Предполагая, что данные из источника не являются полностью патологическими (например, длинные строки «UUUU» или ASCII 0x55), UART в конечном итоге «переходит» к реальному начальному биту.

Предполагая передачу 8N1.

Вы должны ждать строку из 9 старших или младших битов подряд.

Если он высокий, это будет означать либо разрыв в данных, либо символ 0xFF и бит STOP,
либо
низкий бит START и NULL 0x00.

Любое из этих условий разрешит повторную синхронизацию.

Для ускорения: если вы знаете определенные символы, которые в данных невозможны, вы могли бы повторно анализировать входящие данные (после факта) для каждого бита, и если вы получаете серию из 7 символов, которые являются бессмысленными (высокий бит установлен, меньший регистр, контрольные коды, знаки препинания и т. д.), за которым следует допустимый символ, вы можете быть абсолютно уверены, что вас повторно синхронизируют.

У вас будут подобные проблемы, когда вы используете встроенную периферию UART и не сможете выполнить побитовую оценку, а также должны помнить, что нужно сбрасывать все биты ошибок кадрирования и тому подобное всякий раз, когда они возникают (особенно при включении питания).