嵌入式硬件篇---OpenMV串口流和缓冲区

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前言

以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了OpenMV的串口流和缓冲区。

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流和缓冲区

1. 流（Stream）的含义

定义

流 是一种抽象的数据传输模型，代表连续的数据流动。在UART通信中，数据通过串行接口以字节流的形式逐位发送或接收。

流强调数据的顺序性和连续性，类似于水流，数据按发送顺序依次到达接收端。

在OpenMV中的体现

1. 发送流：通过UART的write()方法发送数据时，数据以流的形式逐字节传输。

uart.write(b'Hello World')  # 发送字节流

2. 接收流：通过read()方法读取数据时，按接收顺序逐个字节处理。

data = uart.read(10)  # 读取10个字节的流数据

3. 特点
   异步传输：数据发送和接收不需要严格的时钟同步，仅依赖波特率。
   实时性：数据流可实时处理，适用于传感器数据采集等场景。

2. 缓冲区（Buffer）的含义

定义

缓冲区 是硬件或软件中用于临时存储数据的内存区域。在UART通信中，缓冲区分为发送缓冲区和接收缓冲区。

1. 发送缓冲区：存储待发送的数据，由硬件逐步发送。
2. 接收缓冲区：存储已接收但尚未被程序读取的数据。

在OpenMV中的实现

1. 发送缓冲区：调用uart.write()时，数据首先写入发送缓冲区，由硬件异步发送。

uart.write(b'Data')  # 数据存入发送缓冲区后立即返回，不阻塞程序

2. 接收缓冲区：当UART接收到数据时，字节暂存于接收缓冲区，直到通过read()读取。

if uart.any():  # 检查接收缓冲区是否有数据
    data = uart.read(uart.any())  # 读取全部缓冲区数据

3. 缓冲区大小
   OpenMV的UART默认缓冲区大小通常为256字节（具体取决于硬件型号）。

4. 溢出风险：
   若接收缓冲区满，新数据将丢失。
   若发送缓冲区满，后续写入可能阻塞或丢失数据（取决于实现）。

3. 流与缓冲区的协同工作

数据发送流程

1. 程序调用uart.write(data)，将数据写入发送缓冲区。
2. 硬件按波特率从缓冲区逐字节发送数据。
3. 发送完成后，缓冲区清空，准备下一批数据。

数据接收流程

1. 硬件检测到UART信号，将接收的字节存入接收缓冲区。
2. 程序通过uart.any()检查缓冲区中待读的字节数。
3. 调用uart.read()从缓冲区读取数据，读取后缓冲区释放空间。

4. 缓冲区管理的关键方法

发送缓冲区管理

uart.write(data)：将数据写入发送缓冲区，非阻塞操作。
uart.sendbreak()：发送终止信号（如强制清空缓冲区）。

接收缓冲区管理

uart.any()：返回接收缓冲区中的字节数。
uart.read(n)：读取n个字节，若n超过缓冲区大小，则读取全部可用数据。
uart.readinto(buf)：将数据读取到指定内存缓冲区，提高效率。

示例代码

import pyb

#初始化UART（波特率115200，使用UART3）
uart = pyb.UART(3, 115200)

#发送数据（写入发送缓冲区）
uart.write(b'Start Transmission\n')

#接收数据（从接收缓冲区读取）
while True:
    if uart.any() > 0:
        received_data = uart.read(uart.any())  # 读取所有可用数据
        print("Received:", received_data)

5. 流控制与缓冲区溢出预防

硬件流控制（RTS/CTS）
作用：通过**RTS（请求发送）和CTS（清除发送）**信号线，防止缓冲区溢出。

1. OpenMV支持：需硬件支持，配置UART时启用。

uart = pyb.UART(3, 115200, flow=pyb.UART.RTS | pyb.UART.CTS)

2. 软件策略
   定期清空缓冲区：避免接收缓冲区积压。

if uart.any() > 100:  # 缓冲区接近满载时清空
    uart.read(uart.any())

3. 分块发送：大数据分多次写入，防止发送缓冲区溢出。

data = b'A' * 1000  # 1000字节数据
for i in range(0, len(data), 100):
    uart.write(data[i:i+100])  # 每次发送100字节

6. 实际应用场景

场景1：实时传感器数据传输

需求

连续接收温度传感器数据。

实现

while True:
    if uart.any() >= 4:  # 假设每帧数据4字节
        frame = uart.read(4)
        temperature = int.from_bytes(frame, 'big')
        print("Temperature:", temperature)

场景2：高速图像传输

需求

通过UART发送摄像头捕获的图像。
挑战：图像数据量大（如320x240 RGB565图像约150KB），需分块发送。
优化：

img = sensor.snapshot()
img_bytes = img.compress(quality=50).to_bytes()  # 压缩图像
chunk_size = 128  # 每次发送128字节
for i in range(0, len(img_bytes), chunk_size):
    uart.write(img_bytes[i:i+chunk_size])

总结

1. 流（Stream）：UART数据传输的连续性抽象，强调顺序性和实时性。

2. 缓冲区（Buffer）：临时存储数据的内存区域，分为发送和接收缓冲区。

3. 关键操作：
   写入发送缓冲区：uart.write()
   读取接收缓冲区：uart.read()
   检查数据量：uart.any()

4. 优化策略：硬件流控制、分块传输、定期清空缓冲区。
   通过合理管理流和缓冲区，可以确保OpenMV的UART通信高效稳定，适用于从低速传感器到高速数据传输的多样化场景。

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总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了OpenMV的串口流和缓冲区。