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RTT串口v1使用分析以及问题排查指南 (二)

发布于 2021-07-21 21:22:36 浏览：4050 订阅该版

[tocm]

# RTT串口V1版本的使用分析及问题排查指南（二）
## 串口相关问题解析

承接[RTT串口V1版本的使用分析及问题排查指南（一）](https://club.rt-thread.org/ask/article/2894.html)文章。

结合串口使用过程的反馈信息，本章节将结合 **FinSH组件的串口相关问题** 和 **应用层上使用串口设备的相关问题**  这两个方面进行分析。这一章节探讨FinSH组件上的串口问题。

由于串口外设所涉及的方面过于广泛，分析时不可能涵盖全部应用场景（以上两个方面应该能涵盖了串口使用过程中的七八成的应用场景），但是，结合本章的分析问题的方法，相信其他方面的问题也将会迎刃而解。

### FinSH 组件上的串口问题

说起FinSH组件，肯定是离不开串口的，FinSH组件的底层数据流默认由串口外设提供（当然也可以选择网络、USB、蓝牙等方式，**本节只讨论和串口相关的问题**）。

RT-Thread的FinSH组件，提供了一套供用户在命令行调用的操作接口，主要用于调试或查看系统信息，类似于Linux下的Terminal。其执行序列如下图所示（抄袭的文档中心的序列图）

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210721/ed684bec8695a07e0f13acd02cbd531a.png)

结合上图，可以粗略的讲， FinSH就有点类似于在RT-Thread系统中创建了一个串口线程，它用来接收（监听）用户数据，并对数据进行解析，然后执行结果，并把需要显示的结果通过串口发送给用户。再简言之，就是串口外设的收发任务。

那么就简化成了三点：1.FinSH 线程是如何启动并工作的？   2. FinSH 是如何接收到数据的？   3. FinSH 是如何显示执行结果给用户的？

#### FinSH 工作流程分析

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210721/4b742ae98908f6780ee9881db072e63d.png.webp)

在图中最关键的就是（1）、（2）和（3）这三个关键语句。

（1）语句是设置FinSH线程的shell设备，在这里这个shell设备就是串口设备，查看它的函数原形如下:

```c
/* finsh_set_device 的关键代码 */
void finsh_set_device(const char *device_name)
{
    dev = rt_device_find(device_name);
    ... ...
    /* open this device and set the new device in finsh shell */
    if (rt_device_open(dev, RT_DEVICE_OFLAG_RDWR | RT_DEVICE_FLAG_INT_RX | \
                       RT_DEVICE_FLAG_STREAM) == RT_EOK)
    {
        rt_device_set_rx_indicate(dev, finsh_rx_ind);
    }
    ... ...
}
```

**可以看到，该设备的打开模式是`RT_DEVICE_FLAG_INT_RX`，对于发送并未指明是中断`RT_DEVICE_FLAG_INT_TX`或是`RT_DEVICE_FLAG_DMA_TX`，那就代表设备发送是轮询模式。也就是说，FinSH的接收是接收中断模式，FinSH的发送是轮询模式**。这个很重要，一定要记住。

（2）语句是FinSH的接收函数，结合最下边`finsh_getchar()`函数实体，我们可以清晰的知道，原来FinSH的数据接收是靠信号量传递的：当执行 `finsh_getchar()` 的时候，会去通过调用 `rt_device_read()`读**一个字节的数据**，这个时候只要返回值不为1（返回值为1则代表有数据被读出），则将通过信号量的将该线程永久挂起 ,直到接收到FinSH数据为止。而如果有数据接收到的话，那么将通过FinSH的数据接收回调 `finsh_rx_ind()`来释放一个信号量，这样 FinSH 线程就会开始执行，开始读取一个字节数据。

```c
/* FinSH的接收回调很简单，就是触发回调后释放一个信号量就结束 */
static rt_err_t finsh_rx_ind(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
    RT_ASSERT(shell != RT_NULL);

/* release semaphore to let finsh thread rx data */
    rt_sem_release(&shell->rx_sem);

return RT_EOK;
}
```

（3）语句是发送语句。Finsh线程执行（2）语句之后便拿到了一个字节的数据，然后经过数据解析，就会把这一个字节数据回显到终端上，也就是把数据通过 `rt_kprintf`发送到终端上。`rt_kprintf`底层是如何发送串口数据的，这里由于篇幅有限，不再细说，直接说结论就是，`rt_kprintf`底层对接的是串口的轮询发送模式。

#### FinSH总结

由上文可以得出一些结论：

1. FinSH 用串口外设作数据流时，其发送模式为轮询模式，接收模式为中断模式。

2. 接收靠的是信号量做数据通信，且每次进接收中断时，只能接收单字节数据。

3. 接收端当没有接收到数据时，FinSH将通过信号量挂起自身，因此属于非阻塞接收模式。

4. 发送端 （也包括rt_kprintf）为轮询发送，因此属于阻塞发送模式。（这里延伸一下，rt_kprintf能在中断环境下使用么？答案是可以的，因为该函数没有影响中断环境状态的变化，亦没有等待信号量或者挂起线程等操作。不过还是尽量少在中断环境下打印数据，因为中断执行时间要尽可能短，加入打印将会使得中断执行时间超过预期，从而出现不安全的意外风险）

#### 其他问题探讨

结合FinSH的一些特性，以及日常遇到的问题，总结了一下几个频发的点以供参考：

1. FinSH 打开后接收不到数据：

由于FinSH是中断接收模式，既然接收不到数据，那就直接定位以下几个点:

1. `finsh_thread_entry` 线程是否初始化成功并在`finsh_getchar()`处等待？
        
        2. 输入任意字符时，`finsh_getchar()`能否立刻返回数据？
        
        3. 输入任意字符时，`finsh_rx_ind()`接收中断回调是否得到执行？
        
        4. 输入任意字符时，对应的串口是否能进入串口中断，并查看串口对应的  接收数据寄存器(RDR)  是否有值(该值就是你输入的字符对应的ASCII码值)？
        
        5. 如果连 接收数据寄存器都没有数据，那么排查串口配置的原因（包括时钟、引脚、中断等配置），或者是硬件的问题

2. 硬件复位后系统无法输出：

其实这个问题和FinSH无关，但是很多人觉得这个是控制台无输出，应该是FinSH相关的问题 ，因此我干脆把这个问题放在这里。
   
   这个问题和 问题1 很像，但是本质区别还是有的，就是复现的场景是复位后出现问题，那么基本可以定位到是和复位有关的。经验告诉我们，一些开发板由于考虑一键下载的功能，因此在开发板的串口上集成了`一键下载电路`，导致系统复位时直接改变了BOOT模式，从而进入串口ISP下载模式。这里给出解决办法的参考链接：[硬件复位程序无法正常运行](https://club.rt-thread.org/ask/question/431772.html)

3. FinSH输出乱码：

出现这样的问题，要么是电脑终端控制台软件的问题，要么是波特率等配置不对，要么就是硬件没有接地。

4. 默认FinSH输出正常，切换其他串口后就无法工作：

这个问题按照问题1去排查就行，大概率是第5点，配置有问题，串口输出重定向错误等等。

5. 打开FinSH后系统就hardfault了：

这种问题其实没有特别的方法，就按照普通的hardfault去查就行了。也可以参照这个链接[Cortex-M内核硬件故障问题的分析方法](https://blog.csdn.net/fhqlongteng/article/details/112756689)

#### 个人调试总结

本人在调试finsh的时候，通常是采用比较直接的手段，首先关注FinSH线程是否启动，如果是正常的话就直接拉出串口的发送数据寄存器TDR和接收数据寄存器RDR（根据MCU的版本和型号不同，这两个寄存器有的统一叫做DR数据寄存器，不过功能是一样的）。个人觉得这样的方式是最有效率的，下面以STM32F4为例，以MDK调试环境进行说明。

如何判定串口FinSH接收是正常的？

上文已经总结过，FinSH的接收是中断接收，那么很简单就在串口接收中断的位置打个断点，然后键盘输入一个字符看中断是否触发，并判断接收数据寄存器是否是输入的字符对应的ASCII码值。如图所示：

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210721/0c282d7d258a57c8121fbf3a4f8c71ba.png.webp)

左边方框断点位置就是串口接收中断触发的位置，右边DR寄存器就是串口接收到的字符存放的位置，此时让程序全速运行。当不输入字符时，这个断点处的代码是不会执行到的，现在敲击键盘一个数字 “1”，如果是正常的情况的话，将会得到如下图所示的效果：

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210721/c705f4868b3ee15f6b7246db731472c1.png.webp)

输入数字 “1” 后，可以看到程序执行到断点的位置了，此时的DR数据寄存器也获得了数字 “1”对应的ASCII码值，这就代表FinSH接收数据是正常的。

如何判定串口FinSH发送是正常的？
按照接收的测试方法类推，发送数据时，是使用的轮询发送模式，那么直接在`stm32_getc()`函数位置设置断点，如下图所示：

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210721/e235e13b40e59104f40bf22e28dfa4a6.png)

你可以利用`rt_kprintf`,或者是FinSH的回显功能，最终都会执行到此处代码段，然后查看DR寄存器数据是否是正确的即可。

![image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20210721/31b39219264386a18f7700abe71b3c7f.png)

### 应用层的串口问题

未完待续，见下一章节。。。

更多文章：
[RTT串口V1版本的使用分析及问题排查指南(一)](https://club.rt-thread.org/ask/article/2894.html)
[RTT串口V1版本的使用分析及问题排查指南（二）](https://club.rt-thread.org/ask/article/2898.html)
[RTT串口V1版本的使用分析及问题排查指南（三）](https://club.rt-thread.org/ask/article/2904.html)
[串口框架V1和V2版本对比](https://club.rt-thread.org/ask/article/2915.html)
[串口 V2 适配指南](https://club.rt-thread.org/ask/article/2920.html)