单总线UART通信原理及机制

一 工作原理

        UART单总线通信双方仅用一根通信引脚连接，该通信脚既用于数据发送，又用于数据接收。

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注意事项：

1）TX_H、TX_S 为串行数据输出；RX_H、RX_S 为串行数据接收

2）主机、从机硬件上需要做好电阻匹配，确保通信时达到有效高、低电平。

3）TX_H、TX_S 引脚必须支持“串行输出”和“输入高阻”两种状态的快速切换，在串口发送数据时为“串行输出”，发送完成后立即切换成“输入高阻”释放总线。

 UART单总线与双总线通信对比

 

二 通信帧格式

1）同步字：开始2 Byte同步字可防止休眠、唤醒后串口丢失数据后 2 Byte用于多包级联发送时，确保多包之间有足够的时间供MCU处理数据

2）0x23：表示一个通信包发送的起始位；0x27：表示一个通信包发送错误，再次重传的起始位

3）0x2E：表示一个通信包的结束

4）流水号：标识一个通信包的序号，同时用于区分来自主机/从机的通信帧

5）命令、长度、数据：代表通信帧的主要数据内容

5）校验位：用于校验一个通信帧内容是否正确

 三 可靠性机制

1、时间片同步

 

1）时间片间隔默认为T1（12ms）；

2）主机TX_H发送完B包，从机RX_S收到后，从机调节自身时间片，T2（300us-5ms）后发送C数据包；

3）C数据包发送完成后，从机时间片恢复到T3（12ms），至此以后从机时间片与主机时间片保持同步。

注意事项：

1）时间片同步机制用于尽量避免主机/从机随机进行数据发送而导致通信冲突。

2）12ms时间片来源，传输250字节所需实践，（250*10/400k=6.25ms），数据传输约占7ms，剩余时间用于等待ACK。

2、主动重传

1）单总线通信时，主/从机在数据发送过程中会接收到自身发送的数据；

2）若接收到本身发送的数据包校验失败，则认为数据发送失败；

3）数据发送失败后，延时T1时间，再次发送原数据帧；

4）主动重传只进行一次重传

3、时间片冲突及主动重传

 

1）如上图，TX_H发送数据包A时，TX_S也发送了数据包C，在T1时间内TX_H, TX_S产生了时间片冲突；

2）在单总线的硬件设计上，主机数据优先级高，即主机的数据包可以被完整的接收；

3）从机在C数据包发送完成，由于无法完整接收到自身数据包，则在T2（12ms）时间后主动发送重传包D（C的重传数据包）。

4、ACK机制及超时重传

1）当主机/从机接收到对方的请求数据帧时，在该时间片内回应ACK，如图1；

2）若在12ms时间片内，没有接收到对方的ACK,则进行数据帧超时重传，如图2；

3）数据帧超时重传机制最多重传3次。