Какую скорость передачи данных com порта можно использовать без ошибок?

Question

Какую скорость передачи данных com порта можно использовать без ошибок?

arduino-uno-smd

Стандарт составляет 9600 бод. Это просто стандарт. Используя Arduino Uno SMD R2, какой максимальной практической скорости передачи данных я могу достичь?

Бонусные баллы для смелых: как бы вы поступили, создав механизм проверки ошибок, а затем увеличив скорость передачи данных высоко, чтобы получить высокие скорости передачи?

@Anonymous Penguin, 👍60

Обсуждение

Стоит отметить, что платы Arduino, использующие FTDI USB-последовательные микросхемы, могут работать ОЧЕНЬ быстро. Обычный FT232 может передавать 3 Мегабод (это 3 000 000 бод) без проблем. Использование ATmega16U2 является ограничивающим фактором., @Connor Wolf

Мой клон Arduino Nano, который я получил с eBay, превысил 1 099 999 долларов. Серьезно. Так оно и было. Как только он достиг 1 100 000, результат был искажен. лакк'на'фка'фга'фга'бкнгаа иин'ха'а'бга'фга'бккпаххкфк "фх'оопа'бка'фка`. Он использует чип CH340 для USB-связи., @PNDA

5 ответов

Лучший ответ:

▲ 9

Окно последовательного монитора Arduino ограничивает вас до 115200, но это не самая высокая скорость передачи данных. Вы можете прочитать спецификации Atmel и FT232 (или что бы вы ни использовали), чтобы узнать максимум, но я могу успешно использовать 230400 (в два раза быстрее, чем самый большой, который поддерживает последовательный монитор Arduino) без проблем.

Если вы хотите просмотреть результаты на своем компьютере, вам понадобится другой последовательный монитор, поддерживающий другие параметры скорости передачи данных в бодах. Мне нравятся CoolTerm и Termite.

Обратите внимание, что это также сильно зависит от вашей тактовой частоты.

Вот калькулятор, который поможет вам рассчитать, что возможно.

19 фев 14, @sachleen

По мере того, как вы начинаете работать все быстрее и быстрее, ограничением становится последовательная библиотека - ее реализация не очень эффективна., @Cybergibbons

сайт ссылки мертв, @Codebeat

"Окно последовательного монитора Arduino ограничивает вас до 115200", - это уже не так. Скорость передачи данных достигает 2 Мбит/с, @Thomas Weller

▲ 3

Это, вероятно, один из немногих аспектов, в котором платы el-Cheapo отличаются от оригинальных плат. Максимальная скорость последовательной передачи данных в значительной степени ограничена только качеством платы и ее компоновкой. Как только последовательные данные поступают на микросхему интерфейса AVR или USB, обработка данных будет отличаться от последовательного протокола UART.

Имейте в виду, однако, что микроконтроллер имеет некоторое базовое оборудование для передачи последовательных данных ввода-вывода на/с выводов ввода-вывода, но абсолютная максимальная частота ограничена тактовой частотой 16 МГц (для AVR). Как только байт перемещается в последовательный буфер, аппаратное обеспечение UART берет верх и выталкивает/втягивает биты самостоятельно. AVR в лучшем случае достигает 16 миллионов команд в секунду, а прерывания, используемые для заполнения последовательного буфера, имеют некоторые накладные расходы (по крайней мере, 8 тактов для обработки прерывания + инструкции для сохранения текущего состояния + несколько инструкций для фактического заполнения буфера). При заданном битрейте протокол будет работать со скоростью целых n бит в секунду, но вашему контроллеру требуется больше времени для заполнения последовательного буфера, чем для фактического вывода данных, что приводит к более низкой средней пропускной способности, чем вы ожидаете, и к относительно длительному бездействию UART. Недостатком является повышенная вероятность битовых ошибок.

Еще один эффект, о котором следует помнить, заключается в том, что все накладные расходы, необходимые для передачи данных в UART (или их извлечения), не могут быть потрачены в вашей реальной программе, что снова влияет на среднюю практическую пропускную способность. Вы можете использовать каждый цикл команд только один раз, либо для заполнения буфера, либо для вычисления основного цикла.

Таким образом, максимальная пропускная способность зависит от используемого вами приложения (насколько быстро генерируются / вычисляются / готовы к перемещению в / из последовательного буфера данные), а фактический "физический" битрейт является лишь небольшой частью проектного решения.

19 фев 14, @jippie

Я очень, ОЧЕНЬ сомневаюсь, что какая-либо из существующих плат имеет проблемы с компоновкой, достаточно серьезные, чтобы сигнал 2 МГц не работал нормально. 2 МГц - это не совсем высокая частота., @Connor Wolf

@FakeName По крайней мере, одна плата на моем столе здесь увеличила BER, когда я нажимаю последовательную скорость. Обычно я использую 9600, этого более чем достаточно для большинства приложений и является надежным., @jippie

Без шуток! Хм. Интересно, насколько плохой должна быть планировка, чтобы это произошло? Однако я бы заподозрил, что дело не столько в компоновке, сколько в резонаторах / кристаллах с плохим допуском., @Connor Wolf

Высокие скорости передачи данных в бодах, особенно если U2Xn = 1 в USART, как правило, вызывают недовольство несоответствием., @Connor Wolf

@FakeName Я динозавр, мне вроде как нравится "9600 8N1" по всем неправильным причинам устаревания, которые вы можете придумать; о), @jippie

Черт возьми, я сам использую 9600 для большинства отладочных работ. Дело не только в тебе. Просто иногда мне нужно распространять * много * данных, и важно знать пределы., @Connor Wolf

Я не удивлюсь, если увеличение BER связано с дешевым поддельным серийным чипом. (Подделка FTDI) @ConnorWolf, @jippie

▲ 3

Проверка ошибок на самом деле очень проста, и есть библиотека AVR, которая делает это в один лайнер.

Ознакомьтесь с util/crc16.h, и вы должны быть готовы в кратчайшие сроки ознакомиться с прилагаемыми примерами.

CRC достаточно надежен и быстр для простых приложений.

19 фев 14, @80HD

▲ -5

Самая высокая скорость передачи данных в бодах - это прицеп трактора, набитый магнитными лентами.

Ленточные картриджи для хранения данных имеют размеры 102 x 105,4 x 21,5 мм и вмещают до 18 ТБ в несжатом виде:

https://www.fujifilm.com/us/en/business/data-storage/data-storage-media/lto-ultrium-9/specifications

Большой грузовик вмещает 45 000 фунтов и имеет размеры около 100 "X 100"X 600".

https://streamlogistics.com/trailer-dimensions /

Коробка из 20 лент весит 10,5 фунтов, и я оцениваю примерно 10 "X 10"X 5", так что получается примерно 10 картонных коробок, по 10 картонных коробок на 120 картонных коробок или максимум 12 000 картонных коробок. Но это был бы избыточный вес, поэтому максимум составляет около 4000 картонных коробок (оставляя некоторый вес для поддонов и упаковочного материала).

Таким образом, грузовик может вместить 18 Тб X 20 / коробка X 4000 картонных коробок = 1 440 000 ТБ в несжатом виде.

Если грузовик едет из Нью-Йорка в Сан-Франциско, это займет около 42 часов езды. Это предполагает, что несколько водителей могут отказаться от вождения. На одного водителя ушло бы примерно в 3 раза больше времени. 42 часа - это 151 200 секунд. Таким образом, максимальная скорость передачи данных в бодах (при условии 9 бит на бит для проверки четности) = 85,7 Терабод по пересеченной местности для нескольких драйверов и 28,6 Терабод для одного драйвера. Если контейнер придется перевозить на лодке, это будет намного медленнее, но все же на несколько терабод. И практически никаких ошибок!

14 мая 22, @Sam

Каким образом это даже отдаленно имеет какое-либо отношение к связи UART на Arduino?, @Majenko

Связанный: *[Почему мне нужно 50 репутации, чтобы комментировать? Что я могу сделать вместо этого?](https://meta.stackexchange.com/questions/214173/)*., @Peter Mortensen

@*Connor Wolf* · Accepted Answer · 2014-02-19 06:24-00:00

Здесь есть несколько факторов:

Какой высокой скорости передачи данных может достичь микроконтроллер ATmega328P?
Какой высокой скорости передачи данных может достичь USB-последовательный интерфейс?
Какова частота генератора на ATmega328P?
Какова частота генератора на USB-последовательном интерфейсе (если он есть)?
Насколько устойчив интерфейс USB-serial к несоответствию скорости передачи данных в бодах?

Все эти факторы имеют отношение к определению максимально достижимой скорости передачи данных в бодах. ATmega328P использует аппаратный делитель своей тактовой частоты для генерации базовой тактовой частоты для последовательного интерфейса. Если нет целочисленного отношения от основного тактового сигнала к битовому времени желаемой скорости передачи в бодах, микроконтроллер не сможет точно выдать желаемую скорость. Это может привести к потенциальным проблемам, поскольку некоторые устройства гораздо более чувствительны к несоответствию скорости передачи данных, чем другие.

Интерфейсы на основе FTDI достаточно устойчивы к несоответствию скорости передачи данных, вплоть до ошибки в несколько процентов. Однако я работал со специализированными встроенными модулями GPS, которые не могли справиться даже с ошибкой скорости передачи данных в бодах 0,5%.

Общие последовательные интерфейсы допускают погрешность в скорости передачи данных ~5%. Однако, поскольку каждый конец может быть выключен, более распространенная спецификация составляет +-2,5%. Таким образом, если один конец работает на 2,5% быстрее, а другой - на 2,5% медленнее, ваша общая ошибка по-прежнему составляет всего 5%.

В любом случае. Uno использует ATmega328P в качестве основного MCU и ATmega16U2 в качестве USB-последовательного интерфейса. Нам также повезло в том, что оба этих микроконтроллера используют похожие интерфейсы harware USART, а также тактовые частоты 16 МГц.

Поскольку оба микроконтроллера имеют одинаковое программное обеспечение и тактовую частоту, они оба будут иметь одинаковую ошибку скорости передачи в одном и том же направлении, поэтому мы можем функционально игнорировать проблему с ошибкой в бодах.

В любом случае, "правильный" ответ на этот вопрос будет включать в себя поиск источника для ATmega16U2 и определение возможных скоростей передачи оттуда, но поскольку я ленив, я полагаю, что простое эмпирическое тестирование будет работать.

Беглый взгляд на спецификацию ATmega328P приводит к следующей таблице:

Поэтому, учитывая максимальную заявленную скорость передачи данных в бодах 2 Мбит / с, я написал быструю тестовую программу:

void setup(){};

void loop()
{

  delay(1000);
  Serial.begin(57600);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 57600");
  delay(1000);
  Serial.begin(76800);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 76800");
  delay(1000);
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 115200");
  delay(1000);
  Serial.begin(230400);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 230400");
  delay(1000);
  Serial.begin(250000);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 250000");
  delay(1000);
  Serial.begin(500000);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 500000");
  delay(1000);
  Serial.begin(1000000);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 1000000");
  delay(1000);
  Serial.begin(2000000);
  Serial.println("\r\rBaud-rate = 2000000");
};

А затем посмотрите на соответствующий последовательный порт с помощью последовательного терминала:

Таким образом, похоже, что аппаратное обеспечение может работать со скоростью 2 000 000 бод без проблем.

Обратите внимание, что эта скорость передачи данных дает MCU ~~64 только~~ 80 тактов на байт, поэтому было бы очень сложно поддерживать занятость последовательного интерфейса. Хотя отдельные байты могут передаваться очень быстро, вероятно, пройдет много времени, когда интерфейс просто простаивает.

Редактировать: Фактическое тестирование!

Скорость 2 Мбит / с вполне реальна:

каждое битовое время составляет 500 нс, что в точности соответствует ожидаемому.

Проблемы с производительностью! Общая длина пакета:
500 Кбод:

1 Мбод:

2 Мбод:
_{Примечание: Заметное превышение происходит из-за плохой практики заземления зонда и, вероятно, не является реальным. Я использую провод заземления, который является частью моего оптического зонда, и индуктивность провода, вероятно, является причиной большинства перерегулирований.}

Как вы можете видеть, общая длина передачи одинакова для 0,5, 1 и 2 Мбод. Это происходит потому, что код, который помещает байты в последовательный буфер, плохо оптимизирован. Таким образом, вы никогда не добьетесь ничего лучшего, чем эффективные 500 Кбод, если только не напишете свои собственные последовательные библиотеки. Библиотеки Arduino очень плохо оптимизированы, поэтому, вероятно, было бы не слишком сложно получить правильные 2 Мбод, по крайней мере, для пакетной передачи, если вы потратили на это немного времени.