嵌入式硬件篇—OpenMV的硬件流和软件流

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前言

本文仅仅简单介绍了OpenMV中的硬件流和软件流。

一、硬件流控制（Hardware Flow Control）

1. 基本原理

硬件流控制通过额外的物理信号线（RTS和CTS）动态控制数据流，确保发送方和接收方的缓冲区不会溢出。

RTS

• RTS（Request to Send）：由接收方控制。当接收方缓冲区空闲时，RTS为低电平（允许发送）；当缓冲区接近满载时，RTS为高电平（暂停发送）。

CTS

• CTS（Clear to Send）：由发送方控制。发送方仅在CTS为低电平时发送数据。

2. OpenMV中的实现

• 硬件要求

◦ OpenMV Cam型号需支持硬件流控制（如OpenMV Cam H7 Plus）。
◦ 串口线必须包含RTS和CTS引脚（如USB转TTL模块需支持）。

• 代码配置

import pyb
#初始化UART3，波特率115200，启用RTS和CTS硬件流控制
uart = pyb.UART(3, 115200, flow=pyb.UART.RTS | pyb.UART.CTS)

• 工作流程

1. 发送方检查CTS信号，若为低电平则发送数据。
2. 接收方根据缓冲区状态控制RTS信号。
3. 优点
   • 高可靠性：实时信号控制，避免数据丢失。
   • 适合高速通信：支持高波特率（如921600 bps）。
   • 无额外数据开销：不占用数据带宽。
4. 缺点
   • 硬件依赖：需要支持RTS/CTS的硬件和连接线。
   • 布线复杂：需正确连接RTS和CTS信号线。
5. 典型应用场景
   • 高速数据传输（如图像、视频流）。
   • 长距离通信（抗干扰能力强）。
   • 多设备共享总线时的协调。

二、软件流控制（Software Flow Control）

1. 基本原理

软件流控制通过特殊字符（XON/XOFF）动态控制数据流，无需物理信号线。

XON

• XON（ASCII 17，0x11）：接收方发送XON，表示可以继续接收数据。

XOFF

• XOFF（ASCII 19，0x13）：接收方发送XOFF，表示暂停发送数据。

2. OpenMV中的实现

• 代码配置

import pyb
#初始化UART3，波特率115200，启用软件流控制（XON/XOFF）
uart = pyb.UART(3, 115200, flow=pyb.UART.XONXOFF)

• 工作流程

1. 接收方缓冲区快满时，发送XOFF字符给发送方。
2. 发送方收到XOFF后暂停发送。
3. 接收方缓冲区有空闲时，发送XON恢复传输。
4. 优点
   • 无需硬件支持：仅需数据线（TX/RX），适合简单设备。
   • 灵活配置：适用于硬件资源有限的场景。
5. 缺点
   • 带宽占用：XON/XOFF字符占用数据传输带宽。
   • 延迟风险：字符传输和处理可能引入延迟。
   • 可靠性较低：字符丢失或误识别可能导致通信中断。
6. 典型应用场景
   • 低速通信（如传感器数据采集）。
   • 硬件连接受限（仅需TX/RX线）。
   • 临时调试或原型开发。

三、硬件流控制 vs 软件流控制对比

四、在OpenMV中的综合应用示例

1. 硬件流控制实现高速图像传输

import sensor,pyb

#初始化摄像头
sensor.reset()
sensor.set_pixformat(sensor.RGB565)
sensor.set_framesize(sensor.QVGA)

#配置UART3（硬件流控制）
uart = pyb.UART(3, 921600, flow=pyb.UART.RTS | pyb.UART.CTS)

while True:
    img = sensor.snapshot()
    img_bytes = img.compress(quality=50).to_bytes()  # 压缩图像数据
    # 分块发送（每块128字节）
    for i in range(0, len(img_bytes), 128):
        uart.write(img_bytes[i:i+128])

2. 软件流控制实现传感器数据采集

import pyb

uart = pyb.UART(3, 9600, flow=pyb.UART.XONXOFF)  # 启用软件流控制

while True:
    if uart.any():
        data = uart.read(uart.any())
        # 处理接收数据
        if data == b'XOFF':
            print("Paused by receiver")
        elif data == b'XON':
            print("Resumed by receiver")
        else:
            print("Received:", data)

五、注意事项

1. 硬件兼容性

◦ 使用硬件流控制前，确认OpenMV和外部设备均支持RTS/CTS。
◦ 错误连接RTS/CTS线会导致通信失败。

2. 波特率匹配

◦ 发送端和接收端的波特率、流控制模式必须一致。

3. 缓冲区管理

◦ 即使启用流控制，仍需通过uart.any()和分块传输优化缓冲区使用。

4. 抗干扰设计

◦ 长距离通信中，硬件流控制需配合屏蔽线使用，软件流控制需增加校验机制。

六、总结

• 硬件流控制：通过RTS/CTS信号实现高可靠、高速通信，适合工业级应用。
• 软件流控制：通过XON/XOFF字符实现灵活的低速通信，适合资源受限场景。
• 选择建议：
◦ 优先使用硬件流控制（高速、可靠场景）。
◦ 仅在硬件不支持时使用软件流控制（低速、简单场景）。
通过合理选择流控制方式，可显著提升OpenMV在复杂环境中的通信稳定性和效率。

总结

以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了OpenMV中的硬件流和软件流。

作者：Ronin-Lotus