如何有效排查串口通信问题？

在工作过程中，我们经常会遇到各种通信问题。除了掌握软件知识外，必要的硬件技能也是必不可少的，比如使用万用表、示波器和逻辑分析仪等工具。只有这样，我们才能做到精准定位问题，早点解决并下班。

基于个人多年的嵌入式开发经验，我想分享一些排查方向，希望能帮助一些新手。

接下来，以串口通信为例，我将介绍一些排查步骤和方向：

红色代表可能出错的位置

1、示波器看波形

通信，不管是单向通信还是双向通信，必然存在两个器件，所以我们需要重点关注这两个（这不是废话嘛~），而两者之间必然存在物理连接–导线（无线除外），遇到通信问题，应该首先保证导线连接正常、电压正常，如果这一点都没有确定，直接跳过该步骤，很大可能做无用功，查来查去，最终可能查了一个寂寞。

串口双向通信，一般会设计成主从方式，即一个主器件通过双方约定好的协议主动向从机发起数据传输，并且从机永远是被动应答。这样保证在多从机通信的情况下，不会出现数据错乱的情况（如果多个从机同时发送数据，可能造成交通拥堵，毕竟一个方向只有一条道）。

这种情况下，可以让主机定时发送固定数据帧（比如版本查询，这样可以减少变量），通过查看示波器来确定从机是否有返回数据。

如此，我们可以确定两个问题：

1、观察主机发送引脚波形是否正常（串口平时一般为高电平，发数据时才会变化）、同时需要确定电压是否正常、波特率可看可不看、具体传输数据也是，因为该阶段只是从大的方向进行排查；

2、从机是否有回应。

这里又分为两种情况：

1）从机没有回应：

此时我们需要在接下来的排查步骤中确定几个问题：

从机发送功能是否正常？

主机发送的数据从机是否已经正常接收？

主机发送的数据协议是否正确。

2）从机有回应。

这种情况下，问题就比较简单，重点排查上层协议即可（可以保证从机的收、发没有问题）。

这里特别注意的是，波形测量位置一定是在最终点，而不是中间某个探测点或者模拟开关之类的器件。

比如，主机发送引脚，测量位置应该在从机芯片的接收引脚，而测量主机的接收则在主机芯片的接收引脚，才不会导致结果误判。

2、根据波形情况，确定主从器件发送、接收功能

如果说步骤 1 发现主机没有正常传输波形产生，就要根据情况再确定一些问题。

1、如果发现波形失真、变形、电压不正常等情况，请呼叫硬件工程师一起排查。

2、主机芯片发送引脚可以看到波形，但从机接收引脚看不到，请使用万用表确定是否虚焊接。相反方向也排查一遍。

3、主机或从机不能正常发送或接收。

如果你使用了 DMA 发送，又使用了《终极串口接收方式，极致效率》笔记介绍的方式接收，那么你可以从以下方向进行排查（其他更简单的方式类似）：

1）发送、接收引脚时钟是否开启、输入输出模式是否配置正常，发送引脚一般复用输出、接收一般上拉输入****（如果只是引脚配置错误，发送 DMA的 计数器会变化，但是没有**实际**波形输出）；

2）串口外设寄存器配置是否正常。如果全是 0 ，说时钟没有打开，或者未调用初始化函数，其次查看对应的 DMA 请求位（发送、接收，如果这个没有开启，DMA 计数器不会变化）、串口使能位等；波特率可以等发出波形再看，毕竟你现在连数据都没有。

3）查看 DMA 配置是否正常，外设、内存地址寄存器、计数器、使能位、对应通道的传输标志位（F4 如果传输标志不清除，无法启动下一次传输），总之把对应结构体的成员看一遍就对了，可能一个小配置错了，就导致整个传输失败。

4）如果是特殊引脚，看是否需要关闭默认功能，开启普通 GPIO 功能

5）如果是复映射功能，查看对应的映射寄存器是否配置正确，配置时，可能需要开启对应的时钟。

以上排查方法对发送、接收都适合。排查后，可以通过短接 Tx、Rx 引脚的方式确定发送、接收是否异常。如果是单方向的，可以配合串口模块测试。

终极杀招：

如果上述排查都没有发现问题，还是失败，要么*换板子*，要么换一个可以用的简单例程****修改后测试，此时可以对比例程调试模式下的寄存器配置（寄存器配置截图后对比）。

另外， 排查时需要特别注意的是，不能只看代码，不看实际寄存器的值。因为有的时候，代码也可能有各种各样的问题（比如时钟如果没有打开，那么即使有对应的配置代码，你一个寄存器值也写不进去），只有看最终寄存器的值才最安心。这里也多次强调了时钟的重要性，不过一般这种问题很容易排查。

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以上排查方向，配合鱼鹰的调试系列文章，消化好！

《KEIL 调试经验总结》

3、协议问题

上述排查，应该基本解决了双方通信问题的，即自发自收应该没有问题。但不代表双方就能够正常通信了。

这里可能存在几个问题：

1、双方波特率设置不匹配（这个问题比较容易查，直接看波形或寄存器（寄存器可能还没那么靠谱，外设一致可以）即可）

2、上层协议不匹配，比如 CRC 校验有问题、帧头定义有误等等……

3、对方解析函数有问题。

这个时候，配合逻辑分析仪分析是最方便的，到底是从机问题还是主机问题一目了然，当然你直接在Tx、Rx上并上两个串口模块的 Rx 去接收串口数据也是可以的~~

以上排查步骤不一定按顺序排查，但一般查看波形都是优先选择。

4、其他通信

在此继续介绍一下 SPI 通信可能出现的问题：

1、SPI 发送数据后，没有延时即立刻开始接收（此时从机可能没有反应过来，也就没有数据输出），SPI 的波形可能失真（通过示波器可以观察出来），也可能波形挺好，但接收就是有问题；

2、 CS 控制时机不对，或者也可能需要延时一段时间。

3、SPI 波特率太高，导致器件无法识别。测试时最好使用最低波特率，但也不排除太低波特率反而不行的情况，所以多试试几种。

总之，测试代码应该要考虑最极端的情况（比如延时久一点，波特率慢一点），调通之后再优化这些参数，提高通信效率。

另外，如果有参考例程，可以直接对比例程输出的波形进行修改，直到你的代码输出波形（注意，这里直接对比波形）和例程保持一致，如果还是有问题，那么换从机器件再试。当然，电源这里也一定要先确定没有问题。

一般来说，只要 CS、CLK、MOSI 控制时序正确，器件的 MISO 引脚一定会有数据输出（即使你没有接主机的 MISO），如果你能看到 MISO 输出波形，但主机还是没有正确接收，那么就查主机的 MISO 引脚配置和延时情况了。

I2C 通信：

1、和 SPI 类似，查看时序问题

2、注意地址问题，有可能说明书的地址和实际的地址之间换算可能需要移位。

3、注意从机锁死问题，传输前发几个停止信号过去试试

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