如何处理异步输入和同步输出？答案

【问题标题】：How to handle asynchronous input and synchronous output?如何处理异步输入和同步输出？
【发布时间】：2021-07-15 23:54:27
【问题描述】：

我目前正在从事一个项目，我在 STM32 系统上具有 USART 输入和 SAI（串行音频接口，类似于 SPI）输出。

我创建了一个循环缓冲区，用作 pinpong 缓冲区（双缓冲区）结构。从 USART 接收的输入样本存储在头指针指向的缓冲区中。当 SAI 外设请求新数据时，会从该缓冲区的尾指针中提取数据。

在我的代码开始时，我等到一半的缓冲区被填满，然后激活 SAI。 SAI 以 40kHz 的恒定速率输出。输入样本以大约 40kHz 的相同速率从外部设备的 USART 接收。

理想情况下，我希望我的头指针和尾指针之间的差异是恒定的。

我还实现了一种保护机制，当两个指针指向同一位置时，它使 Tail 指针等待并从 SAI 输出最后一个样本，直到缓冲区的一半被填充。

代码在开始时工作。问题是当大约 2 分钟的时间过去时，我们会看到头部和尾部指针指向同一位置，这会在我们的样本中产生不连续性。这意味着一个指针比预期的慢或快。我确信 SAI 协议会不断输出 40kHz（我用示波器检查过）。但是，我不太确定 USART 计时的准确性。我无法修改外部 USART 设备的代码，也无法更改输出速率 40kHz，它必须是这个值。

是否有另一种方法（可能是乒乓缓冲方法除外）来处理异步输入和同步输出？

【问题讨论】：

串行端口传输数据的速度是否可能比 SAI 输出的速度快？
@Steve 是的，更快或更慢可能是问题所在。我们的测量结果显示每秒有 22 个样本差异。
因此，如果源每秒传输 22 个样本的速度比消耗的快，那么这表明您的内存缓冲区约为 2k 样本。如果这是音频，那么您可能会不时放下一个样本，因此可能有一种算法可以在听者不注意的情况下执行此操作。
你能想到其他方法吗？因为 SAI 驱动一个射频调制器芯片，该芯片通过采样信号的相位发送信息。因此，丢弃样本会导致相位混乱。不幸的是，我不能放弃样品。
嗯。我已经开始写一篇关于如何做到这一点的答案帖子，但如果你不能丢弃样本，那么你必须弄清楚为什么你的输入速度快了 0.05%，或者如果这些不是连续传输，则可能使用更大的环形缓冲区.这听起来是个棘手的问题。

标签： c asynchronous synchronization stm32 microcontroller

【解决方案1】：

如果您所说的是您正在从某个外部设备接收（连续）串行数据，然后您正在以某种速率将其转发到您自己的某个接口......基于您的时钟。即使数据格式相同且时钟“相同”，也会在某处发生缓冲区溢出。

如果 1) 以线路速率连续 2) 输入源和输出源是不同的时钟 3) 保证参考时钟存在差异，则以太网或任何其他源会发生同样的情况，如果输入源时钟稍微快一点，只要流保持连续和线速，那么你最终会溢出。

时钟会随着温度和电压而变化，因此增量会发生变化。

甚至可以减少从输入输出的数据的百分比，如果输入是连续的，仍然会溢出。取决于您的输出是否也是线路速率，或者您是否有余量，并且余量可以克服时钟的差异。

还请记住，uart 几乎不会以那个精确的速率运行，使用时钟分频器并接近，您可以让两台计算机以相同的速率使用 uart，并且增量可能相对较大，并且很快就会发生溢出。为了使 uart 工作，时钟必须足够好才能通过一个字符，因此即使振荡器非常好并且没有 pll 并且双方使用相同的参考时钟（但不是相同的 uart、时钟系统等）。

如果您提高输出速率或降低正在输出的数据以使其不处于线路速率，那么问题可能会消失，或者可能需要数小时或数天才能发生......

如果我误解了问题，请原谅我，我会删除这个答案。

【讨论】：