Какова "реальная" скорость UART? Опции

[altlogic]

Здравствуйте!

Стояла задача добиться максимальной скорости обмена по UART в Atmega128. Со стороны мк была написана небольшая програмка для измерения скорости обмена. Передача осуществляется в режиме прерывания.

Код

#define TX_BUFFER_SIZE 128
char tx_buffer[TX_BUFFER_SIZE];

#if TX_BUFFER_SIZE<256
unsigned char tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;
#else
unsigned int tx_wr_index,tx_rd_index,tx_counter;
#endif

// USART0 Transmitter interrupt service routine
interrupt [USART0_TXC] void usart0_tx_isr(void)
{
if (tx_counter)
   {
   --tx_counter;
   UDR0 = tx_buffer[tx_rd_index];
   if (++tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE)
      tx_rd_index=0;
   };
}

// Write a character to the USART0 Transmitter buffer
#pragma used+
int COM_putchar(unsigned char c)
{
while (tx_counter == TX_BUFFER_SIZE);
#asm("cli")
if (tx_counter || ((UCSR0A & DATA_REGISTER_EMPTY)==0))
   {
   tx_buffer[tx_wr_index]=c;
   if (++tx_wr_index == TX_BUFFER_SIZE)
   {        
      tx_wr_index=0;
   }
   ++tx_counter;
   }
else
   UDR0=c;
#asm("sei")
return 1;//<!
}

в main:

unsigned long int tx_cnt; // счётчик переданных байт
_включили_таймер
   if( ++tx_cnt < 65535 )
   {      
      COM_putchar(0x55);    
   }
_остановили_таймер

В теории скорость передачи BAUD = 115200 бит/с. Передаём один старт-бит, 8 бит данных, один стоп-бит, итого 10 бит на передачу одного байта данных.
На деле получаю:
передано 65535 байт;
время: 6,2с.
Считаем BAUD: 65535*10/6,2 = 105702 бит/с.

Не дотягивает передатчик до любой из стандартных скоростей, которую я выбирал. Может так и должно быть? Или стоит искать ошибки программы?

Сообщение отредактировал altlogic - Jun 2 2008, 23:17

[repairDV]

Не дотягивает передатчик до любой из стандартных скоростей, которую я выбирал. Может так и должно быть? Или стоит искать ошибки программы?

Да, и это, скорее всего - потому, что у вас такая большая программа. Пока-то проц это всё обработает. Для обмена по uart нужно всего-то несколько ассемблерных строк. К тому же, если скорость обмена по uart в проце не будет совпадать со скоростью обмена по COM-порту в компьютере IBM, то как будет осуществляться связь между ними?

[altlogic]

Да, и это, скорее всего - потому, что у вас такая большая программа.

Не понял если честно... Вы хотите сказать, что мой проц не успевает готовить данные для буфера передатчика?

К тому же, если скорость обмена по uart в проце не будет совпадать со скоростью обмена по COM-порту в компьютере IBM, то как будет осуществляться связь между ними?

опять не понял... Скорость обмена по протоколу uart и на компьютере и на мк выставлена 115200 бит/с. Вот я и хочу, чтобы мк при постоянной загрузке буфера передатчика передавал ровно 115200 бит за секунду, а не ~105000, как у меня сейчас. Ясно, что скорость обмена(115200) я менять не собираюсь.

Сообщение отредактировал altlogic - Jun 3 2008, 01:21

[repairDV]

бит за секунду, а не ~105000, как у меня сейчас. Ясно, что скорость обмена(115200) я менять не собираюсь.

Тут, вероятно, просто нужна настройка. Уже давно не общался с AVR, позабыл, как там настраивается uart. Скорее всего, у вас просто рассогласование по частоте. Нужно подбирать кварц, чтобы не было круглой цифры в мГц. Например, для 51серии стандартная частота кварца - 11,0592 мГц, а не 12 мГц - и только для обеспечения точного согласования для модуля uart. Поэтому, если вы предусматриваете использование асинхронного передатчика, то нужно подбирать кварцы, кратные этому значению - 11,0592. Скажем, 3,6864 мГц вместо 4 мгц, и т.п. Для большей точности лучше, конечно, подбирать частоту по осциллографу, перебирая те данные, которые вы записывете в таймер, если у вас uart работает от таймера.

[aaarrr]

Не дотягивает передатчик до любой из стандартных скоростей, которую я выбирал. Может так и должно быть? Или стоит искать ошибки программы?

Используйте вместо прерывания по завершению передачи (TXC) прерывание по опустошению DATA-регистра (DRE). Так Вы убиваете даже ту мизерную буферизацию, что имеется в Меге.

[altlogic]

Тут, вероятно, просто нужна настройка. Уже давно не общался с AVR, позабыл, как там настраивается uart. Скорее всего, у вас просто рассогласование по частоте. Нужно подбирать кварц, чтобы не было круглой цифры в мГц. Например, для 51серии стандартная частота кварца - 11,0592 мГц, а не 12 мГц - и только для обеспечения точного согласования для модуля uart. Поэтому, если вы предусматриваете использование асинхронного передатчика, то нужно подбирать кварцы, кратные этому значению - 11,0592. Скажем, 3,6864 мГц вместо 4 мгц, и т.п. Для большей точности лучше, конечно, подбирать частоту по осциллографу, перебирая те данные, которые вы записывете в таймер, если у вас uart работает от таймера.

Вероятно это моя ощибка. Недостаточно чётко изложил свою проблему. Действительно я использую кварц 3,6864МГц, осцилографом не проверял, но сбоев при приёме/передаче за время отладки ни разу не наблюдал. Рассогласование по частоте здесь ни при чём. С уарта я просто пихаю данные "в никуда", то есть на приёмной стороне их никто не принимает(упростим задача, на самом деле конечно не так Так вот я не могу добиться скорости выставления данных "в никуда" на 115200.

Используйте вместо прерывания по завершению передачи (TXC) прерывание по опустошению DATA-регистра (DRE). Так Вы убиваете даже ту мизерную буферизацию, что имеется в Меге.

А вот это уже похоже на истину... Попробую проверить!

[MrYuran]

В теории скорость передачи BAUD = 115200 бит/с. Передаём один старт-бит, 8 бит данных, один стоп-бит, итого 10 бит на передачу одного байта данных.

на самом деле 11.
забыли бит четности. Если проверка на четность не включена, это ещё не значит, что бит не передаётся.
Так что подкорректируем ваш результат: 105000*11/10=115500. Где-то так.

Опять же, не забываем про погрешность деления частоты. Или у вас коэффициент целый получился?

[altlogic]

на самом деле 11.
забыли бит четности. Если проверка на четность не включена, это ещё не значит, что бит не передаётся.
Так что подкорректируем ваш результат: 105000*11/10=115500. Где-то так.

Опять же, не забываем про погрешность деления частоты. Или у вас коэффициент целый получился?

Если считать, что передано 11 бит, то скорость действительно сходится ( если учесть погрешность таймера). Коэффициент целый, частота делится без погрешности (3 686 400 / 115200 = 32).
Бит чётности проверю на осцилографе ДШ как-то невнятно пишет. А вот заставить работать мегу по прерыванию опустошения DATA-регистра у меня не получается.
переписал свой обработчик прерывания с

Код

interrupt [ USART0_TXC] void usart0_TXC_isr(void)

на

Код

interrupt [ USART0_DRE ] void usart0_UDRE_isr(void)

вектора объявлены в стандартном хидере

Код

#define USART0_DRE 20
#define USART0_TXC 21

Результат: мк сбрасывается при передаче семи символов. Может надо было не только объявление прерывания поменять?..

Сообщение отредактировал altlogic - Jun 3 2008, 04:47

[aaarrr]

на самом деле 11.
забыли бит четности. Если проверка на четность не включена, это ещё не значит, что бит не передаётся.

Это, ИМХО, из разряда гадания на кофейной гуще. Код инициализации мы не видели.

мк сбрасывается при передаче семи символов. Может надо было не только объявление прерывания поменять?..

Разрешение TXC убрали?

С точки зрения обработки разница только в том, что DRE активно еще до начала передачи.

[Палыч]

Стояла задача добиться максимальной скорости обмена по UART в Atmega128. ...

Код

...
#asm("cli")
if (tx_counter || ((UCSR0A & DATA_REGISTER_EMPTY)==0))
   {
   tx_buffer[tx_wr_index]=c;
   if (++tx_wr_index == TX_BUFFER_SIZE)
   {        
      tx_wr_index=0;
   }
   ++tx_counter;
   }
else
   UDR0=c;
#asm("sei")
return 1;//<!
}
...

C буфером передачи Вы, ИМХО, намудрили... По всей вероятности переменная tx_counter инициируется нулём, поэтому выражение в операторе if будет ложным всегда. (P.S. Тут я немного соврал, но правильность условия в первом if - очень сомнительна!) Использовать желательно прерывание UDE для добавления аппаратной буферизации.

Результат: мк сбрасывается при передаче семи символов. Может надо было не только объявление прерывания поменять?..

Вероятно, добавили UDE, исправили прерывание, но не убрали разрешение прерывания по TXC, а обработчика прерывания уже - нет! Если разрешено какое-либо прерывание, а соответствующего обработчика нет, микроконтроллер попадает на адрес 0, и всё - заново.

[altlogic]

Код инициализации мы не видели.

Код

//#define _USART0_TXC_INTERRUPT_
void COM_init( unsigned int ubrr )
{
    UBRR0H = (unsigned char) (ubrr>>8);                       //Setting baudrate
    UBRR0L = (unsigned char) ubrr;                            //Setting baudrate
    #ifdef _USART0_TXC_INTERRUPT_
      UCSR0B = ( 1 << RXEN0 ) | ( 1 << TXEN0 );                     //Enable receiver and transmitter
    #else
      UCSR0B = ( 1 << RXEN0 )  ( 1 << TXEN0 ) | (1 << UDRIE0) |;                     //Enable receiver
    #endif
    UCSR0C = ( 1 << UCSZ01 ) | ( 1 << UCSZ00 );  //8N1...see Datasheet for more information
    UCSR0A=0x00;
    COM_rx_reset();
    COM_tx_reset();                                               //Reset buffers etc.        
}
void COM_rx_reset( void )
{
    COM_rx_off();       // Disable RX interrupt
    rx_i = rx_wr_i = 0;           //Init variables
    rx_overflow = rx_ack = 0;     //Zero overflow flag
    rx_buffer[ rx_wr_i ] = '\0';  //Buffer init.
}  

void COM_tx_reset( void )
{
    COM_tx_off();       // Disable RX interrupt
    tx_wr_index = 0;
    tx_rd_index = 0;
    tx_counter = 0;    
}

void COM_rx_on( void )
{
    UCSR0B |= ( 1 << RXCIE0 );  // Enable RX interrupt
}


void COM_rx_off( void )
{
    UCSR0B &= ~( 1 << RXCIE0 ); // Disable RX interrupt
}

void COM_tx_on( void )
{    
    UCSR0B |= ( 1 << TXCIE0 );  // Enable TX interrupt
}

void COM_tx_off( void )
{
    UCSR0B &= ~( 1 << TXCIE0 ); // Disable TX interrupt
}

#ifdef _USART0_TXC_INTERRUPT_

//<! USART0_TXC - tx complete

interrupt [ USART0_TXC ] void usart0_TXC_isr(void)
{
if ( tx_counter )
   {
   --tx_counter;
   UDR0 = tx_buffer[tx_rd_index];
   if (++tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE)
      tx_rd_index=0;
   };
}

#else

//<! USART0_DRE - usart data register emptry

interrupt [ USART0_DRE ] void usart0_UDRE_isr(void)
{
if ( tx_counter )
   {
   --tx_counter;
   UDR0 = tx_buffer[tx_rd_index];
   if (++tx_rd_index == TX_BUFFER_SIZE)
      tx_rd_index=0;
   };
}

#endif

...
void main(void)
{
...
//<! USART0 initialization (UBRR = 0x01 = 115200 @ 3.6864MHz)
COM_init(0x01);  
...
}

С объявленным _USART0_TXC_INTERRUPT_ передатчик работает в четыре раза быстрее.

C буфером передачи Вы, ИМХО, намудрили... По всей вероятности переменная tx_counter инициируется нулём, поэтому выражение в операторе if будет ложным всегда. (P.S. Тут я немного соврал, но правильность условия в первом if - очень сомнительна!) Использовать желательно прерывание UDE для добавления аппаратной буферизации.
Вероятно, добавили UDE, исправили прерывание, но не убрали разрешение прерывания по TXC, а обработчика прерывания уже - нет! Если разрешено какое-либо прерывание, а соответствующего обработчика нет, микроконтроллер попадает на адрес 0, и всё - заново.

Про прерывания по TXC вы правильно заметили

[Палыч]

По-моему, Вам уже всё обьяснили... Или остались вопросы?
Максимальной скорости (той, что выставлена в USART) передачи байтов можно добиться, если программа в МК будет класть очередной байт в UDR до того, как освободится сдвиговый регистр USART. При этом, по окончанию передачи байта из сдвигового регистра, в него будет взят следующий байт из UDR и немедленно начнется его передача. Можно ли положить очередной байт в UDR? - определяется флагом и прерыванием UDRE. Ваша программа должна как можно скорее положить данные в UDR при его освобождении. Как быстро Вы это сможите обеспечить определяется тактовой частотой МК и как долго закрыты прерывания (при работе по прерываниям).
На практике реализовал скорость в 2Мбод, так-что 115К - не такая уж и высокая скорость и выжать из неё всё, что можно не большая проблема...

[lolful]

Я наверно скажу глупость, но мне всегда казалось, что "стартовый бит" длится 2 бита...Поправьте, если это действительно ересь.

[aaarrr]

Ересь
Стартовый бит всегда один, количество стоповых может отличаться.

[altlogic]

Всем участникам спасибо! Сегодня утром на свежую голову разобрался в вопросе, сделал НОРМАЛЬНО прерывания по пустому Data Register, и получил свои 115 200 на передатчике. Вот теперь встанет следующий вопрос - добиться 115 200 на приёмнике У меня там тоже прерывания по окончанию приёма. Пока не проверял, но боюсь и там будет та же картина.

Код

interrupt [USART1_RXC] void usart1_rx_isr(void)
{
char status,data;
status=UCSR1A;
data=UDR1;
if ((status & (FRAMING_ERROR | PARITY_ERROR | DATA_OVERRUN))==0)
   {
   rx_buffer1[rx_wr_index1]=data;
   if (++rx_wr_index1 == RX1_BUFFER_SIZE) rx_wr_index1=0;
   if (++rx_counter1 == RX1_BUFFER_SIZE)
      {
      rx_counter1=0;
      rx_buffer_overflow1=1;
      };
   };
}