揭開 ESP32 UART Events 的隱藏技能 | 讓你的通信智慧升級

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在嵌入式開發中，ESP32 UART Events（通用異步收發傳輸器事件）是無處不在的通信工具，能讓你的 ESP32 與外部模組輕鬆互動。然而，你真的發掘過 ESP32 UART Events 的全部潛力嗎？在 ESP-IDF 中，UART 的事件驅動機制蘊藏著許多強大且「隱藏」的技能，今天就帶你一探究竟，解鎖這些秘密，並讓你的通信系統更加智能！

內容

簡介

在嵌入式開發中，ESP32 UART Events 提供了一個強大的事件驅動機制，讓你能夠高效處理串口通信中的各種情況。ESP32 作為一款高效能的 SoC，其內建的 UART 功能不僅能夠進行基本的數據傳輸，還能偵測到多種事件，如數據接收、緩衝區滿、模式匹配等。這些事件的處理可以極大地提升通信的穩定性與效率。

透過事件驅動模式，開發者不僅可以即時響應錯誤和異常，還能根據數據流動進行更智能的操作。在本文中，我們將深入剖析如何在 ESP32 中利用 UART 事件，揭開其隱藏的技能，並提升你的通信系統的智慧。

什麼是 ESP32 UART Events？

ESP32 的 UART 驅動內置了多種事件類型，可以實時響應數據接收、緩衝區狀態變化甚至通信錯誤等情況。這些事件由 uart_event_type_t 定義，包括但不限於：

UART_DATA: 接收到數據。
UART_BUFFER_FULL: RX 緩衝區滿。
UART_FIFO_OVF: FIFO 溢出。
UART_BREAK: 偵測到 Break 信號。
UART_PATTERN_DET: 偵測到特定模式。
UART_FRAME_ERR 和 UART_PARITY_ERR: 處理通信錯誤。

這些事件的強大之處在於：它讓 UART 驅動具有「感知能力」，能根據當前的通信狀態做出快速反應，從而提高可靠性和效率。

為什麼需要事件驅動的 UART？

傳統的 UART 通信是阻塞式的，需要開發者手動處理數據的每一步。但事件驅動模式能做到：

非阻塞操作：避免 CPU 等待數據。
實時錯誤處理：快速響應溢出、錯誤等情況。
高效模式檢測：輕鬆處理自定義通信協議。

在嵌入式開發中，這意味著你的系統能「感知」並「適應」動態變化的通信需求，從而更加穩定。

開發環境

在開始編程之前，請確保已完成以下準備工作：

安裝 ESP-IDF 開發環境 (至少版本 v4.4 或更高)。
ESP32 開發板。
參考文章。

初始化 UART 配置

這裡是完整的 ESP32 UART 事件處理的範例代碼，涵蓋了初始化 UART、設置事件隊列、創建事件處理任務等步驟，幫助你在 ESP32 上實現 UART 事件驅動處理：

首先，我們需要配置 UART 並設置相關的引腳。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/uart.h"
#include "esp_log.h"

static const char *TAG = "uart_events";  // Define a tag for logging

// Define UART port and buffer sizes
#define EX_UART_NUM UART_NUM_0
#define BUF_SIZE (1024)
#define PATTERN_CHR_NUM (3)  // Define the number of consecutive characters to be detected for a pattern
static QueueHandle_t uart0_queue;  // Queue to handle UART events

// UART initialization function
void uart_init()
{
    // Configure UART parameters
    uart_config_t uart_config = {
        .baud_rate = 115200,               // Set baud rate
        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,     // Set data bits to 8
        .parity = UART_PARITY_DISABLE,     // Disable parity check
        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,     // Set stop bits to 1
        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,  // Disable hardware flow control
        .source_clk = UART_SCLK_APB,       // Use APB clock
    };

    // Install UART driver and configure UART parameters
    uart_driver_install(EX_UART_NUM, BUF_SIZE * 2, BUF_SIZE * 2, 20, &uart0_queue, 0);
    uart_param_config(EX_UART_NUM, &uart_config);  // Apply UART configuration

    // Set UART pins (use default UART0 pins)
    uart_set_pin(EX_UART_NUM, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE);

    // Enable UART pattern detection: detect 3 consecutive '+' characters as a pattern
    uart_enable_pattern_det_baud_intr(EX_UART_NUM, '+', PATTERN_CHR_NUM, 9, 0, 0);
    // Reset the pattern queue to record up to 20 pattern positions
    uart_pattern_queue_reset(EX_UART_NUM, 20);
}

事件處理任務

接下來，我們創建一個專門的任務來處理從隊列接收到的 UART 事件。

// UART event handling task
static void uart_event_task(void *pvParameters)
{
    uart_event_t event;  // Variable to hold UART event
    uint8_t* dtmp = (uint8_t*) malloc(BUF_SIZE);  // Allocate memory for receiving data

    for(;;) {
        // Wait for UART events
        if(xQueueReceive(uart0_queue, (void * )&event, portMAX_DELAY)) {
            bzero(dtmp, BUF_SIZE);  // Clear the buffer

            ESP_LOGI(TAG, "uart[%d] event:", EX_UART_NUM);  // Log the event

            switch(event.type) {
                case UART_DATA:
                    // Handle UART data received event
                    ESP_LOGI(TAG, "[UART DATA]: %d bytes received", event.size);
                    uart_read_bytes(EX_UART_NUM, dtmp, event.size, portMAX_DELAY);  // Read received data
                    uart_write_bytes(EX_UART_NUM, (const char*) dtmp, event.size);  // Echo the received data
                    ESP_LOGI(TAG, "[DATA EVT]: Data echoed back: %s", dtmp);  // Log the echoed data
                    break;

                case UART_FIFO_OVF:
                    // Handle UART FIFO overflow event
                    ESP_LOGI(TAG, "FIFO overflow detected");
                    uart_flush_input(EX_UART_NUM);  // Clear the input buffer
                    break;

                case UART_BUFFER_FULL:
                    // Handle UART buffer full event
                    ESP_LOGI(TAG, "Ring buffer is full");
                    uart_flush_input(EX_UART_NUM);  // Clear the input buffer
                    break;

                case UART_PATTERN_DET:
                    // Handle UART pattern detection event
                    ESP_LOGI(TAG, "Pattern detected");
                    uart_get_buffered_data_len(EX_UART_NUM, &event.size);  // Get the buffered data length
                    ESP_LOGI(TAG, "Buffered data size: %d", event.size);  // Log the size of buffered data
                    break;

                default:
                    // Handle other unknown UART events
                    ESP_LOGI(TAG, "Unknown uart event type: %d", event.type);
                    break;
            }
        }
    }

    free(dtmp);  // Free the allocated memory
    dtmp = NULL;  // Set pointer to NULL
    vTaskDelete(NULL);  // Delete the task once done
}

主程序

在主程序中，我們調用 UART 初始化函數並啟動事件處理任務。

void app_main(void)
{
    // Initialize UART
    uart_init();

    // Create UART event handling task
    xTaskCreate(uart_event_task, "uart_event_task", 2048, NULL, 12, NULL);
}

程式碼解說

UART 初始化 (uart_init)：

設置 UART 驅動的參數，如波特率、數據位、停止位等。
啟用模式檢測功能：檢測到連續 3 個 + 字符時觸發 UART_PATTERN_DET 事件。
配置模式隊列：最多記錄 20 個檢測到的模式位置。

事件處理任務 (uart_event_task)：

uart_driver_install: 用來安裝 UART 驅動並創建事件隊列，接收來自 UART 的事件。
xQueueReceive: 阻塞地等待並接收事件，這裡是接收所有來自 UART 的事件並處理。
uart_read_bytes: 用來讀取接收到的數據並處理。
UART_DATA：讀取數據並回顯，同時打印接收到的數據。
UART_FIFO_OVF 和 UART_BUFFER_FULL：處理緩衝區溢出的情況，避免丟失數據。
UART_PATTERN_DET：事件可以用來偵測指定的字節模式。

如果你需要處理其他的事件類型或進行更細緻的配置，可以根據需要在 uart_event_task 任務內進行調整。

日誌記錄 (esp_log)：

提供完整的 UART 運行狀態記錄，幫助開發和調試。

為什麼要使用 UART 模式檢測 :

模式檢測功能（UART_PATTERN_DET）能大幅簡化特定字符匹配的實現，特別適用於以下場景：

協議解析：檢測報文的起始或結束標誌。
數據分段：根據特定模式將數據流分割為多個段。
診斷和調試：實時監控數據流中的特定字符序列。

結論

ESP32 UART Events 的事件驅動機制為串口通信提供了高效且靈活的處理方式。通過事件類型的分類，我們可以輕鬆地應對數據接收、溢出、模式檢測等場景。這種機制不僅減輕了 CPU 的負擔，還提升了通信的可靠性和可擴展性。希望文章能讓你對 ESP32 UART Events 有更深入的了解，並在你的項目中發揮其作用。

SaludPCB

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