ESP32のシリアル通信で、バイトの入れ替わりが発生する

Question

ESP32のシリアル通信機能を利用して、外部機器とコマンドのやり取りをしようとしています。
115.2kボー、Serial2で通信を行い、通常はコマンドを正しく送受出来ていることが確認できています。
ただ、ごくまれに隣り合った２つのバイトデータの順序が逆になることがあり、その原因を調査しています。
「00 01 02 03 04」→ 「00 01 03 02 04」のような感じです。

通信ラインをオシロスコープで監視し、入れ替わった瞬間の通信データを確認しましたが、通信ライン上では入れ替わっておらず、Serial2.readBytesした時に入れ替わっているようでした。

読取る方法を変えてみようと、Serial.readBytesをreadやreadBytesUntilに変えてみましたが、同様の現象が発生しました。
どのように解決すればよいでしょうか？

ESP32はESP32-WROOM-32Eを使用しています。

// 簡略化したソース 
#define DEB_OUT(...)		Serial.printf(__VA_ARGS__)

void setup()
{
//	～～～ 略 ～～～
	Serial.begin(115200, SERIAL_8N1);
	Serial2.begin(115200, UART_CONF, RX2PortNo, TX2PortNo);
	xTaskCreatePinnedToCore(UART_ReadTask, "UART_ReadTask", 4096, NULL, 10, &TaskUART, 0);
//	～～～ 略 ～～～

}

void UART_ReadTask(void* arg)
{
	while (1)
	{
		char tmp[64];	// ESP32シリアル通信用の受信バッファは64バイトまで格納することが出来る
		size_t readBts = 0;
		int len = Serial2.available();
		if (len > 0)
		{
			if (len > 64) {len = 64;}
			readBts = Serial2.readBytes(tmp, len);
			if (readBts)
			{
				DEB_OUT("\tResponse: "); // ここのデバッグ出力で既に入れ替わっている
				for (int i=0; i<readBts; i++)DEB_OUT("%02X ", tmp[i]);
				DEB_OUT("\n");
				cmdCtrl.SetData((UByte*)tmp, (UWord)readBts);	// コマンド解析
			}
		}
 		vTaskDelay(1);
	}
}

//-------------------------------------------------------------------------------------
// 以下追記
//-------------------------------------------------------------------------------------
GW期間中、PCを触れる環境でなく、ご回答、ご指摘いただいていながらお返事が遅くなり申し訳ございません。
デバッグ出力ですが、減少が起きた時のスクリーンショットが残っていました。

以下が、この入れ替わった時の通信ラインの波形です。
入れ替わった時（上記 ID IS CHANGED を出力した時）に青いラインがハイになるようにして、直前の通信データを確認しています。

02 をスタートコード、0D をエンドコードとしたフォーマットで、赤枠内のデータを収集するような動作を行っています。
デバッグ出力自体はこのフォーマット全体を出力しています。

これらのデータが、以下のような間隔で送られてきています（黄色の縦線一つが上図のデータ全部相当）

およそ100ms強ほどの間隔で「送られてくるとき」「送られてこないとき」が切り替わり、「送られてくるとき」は最短15ms間隔ほどで数発送られてきます。

//-------------------------------------------------------------------------------------
// 以下再追記
//-------------------------------------------------------------------------------------
通信処理部をメインループで行うようにすると、現象が起きなくなりました。シリアル通信をマルチタスクですると問題があるのかもしれません。
現象の原因はわからないのですが、もう少し様子を見て、問題なさそうならシングルタスクにして（ひとまず）解決にするのもアリかもしれません。

該当部のみ書き出した、現象確認用のソースを作成しました。

#include <Arduino.h>
#include "comm.h"
#include <rom/rtc.h>

TaskHandle_t TaskUSB	= NULL;
TaskHandle_t TaskUART	= NULL;
const UByte RX2PortNo	= 16;
const UByte TX2PortNo	= 17;

void USB_ReadTask(void* arg);
void UART_ReadTask(void* arg);

// ＊＊＊ USE_UARTReadTask をコメントアウトしていると、減少が発生しない
//#define USE_UARTReadTask
//#define USE_USBReadTask

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
	SetupIO();
	Serial.begin(115200, SERIAL_8N1);
	Serial2.begin(115200, SERIAL_8N1, RX2PortNo, TX2PortNo);
//	Serial2.setTimeout(10);	// 読み取りタイムオーバー時間の設定：readuntil系で必要。

#ifdef USE_UARTReadTask
	xTaskCreatePinnedToCore(UART_ReadTask, "UART_ReadTask", 4096, NULL, 10, &TaskUART, 0);
#endif
#ifdef USE_USBReadTask
	xTaskCreatePinnedToCore(USB_ReadTask, "USB_ReadTask", 4096, NULL, 10, &TaskUSB, 0);
#endif
}

void UART_ReadTask(void* arg)
{
	while (1)
	{
		char tmp[64];	// ESP32シリアル通信用の受信バッファは64バイトまで格納することが出来る
		size_t readBts = 0;

		int len = Serial2.available();
		if (len > 0)
		{
			if (len > 64) {len = 64;}
			readBts = Serial2.readBytes(tmp, len);
			if (readBts)
			{
				DEB_OUT("\tIF < RW: ");
				for (int i=0; i<readBts; i++)
				{
					Serial.write(tmp[i]);
					DEB_OUT("%02X ", tmp[i]);
				}
				DEB_OUT("\n");
			}
		}
 		vTaskDelay(1);
	}
}

void USB_ReadTask(void* arg)
{
	while (1)
	{
		int len = Serial.available();
		if(len) 
		{
			for(int i=0;i<len;i++)
			{
				int ch = Serial.read();
				Serial2.write(ch);
			}
		}
 		vTaskDelay(1);		// delay(1);
	}
}

void loop() {
	int len;
  // put your main code here, to run repeatedly:
	if (digitalRead(SW_RD_TRIG) == 0)
	{
		digitalWrite(EN_POWER, 0);
	}
#ifndef USE_UARTReadTask
	//-------------------------------------------------------------------------------
	// UART_ReadTask
	len = Serial2.available();
	char tmp[64];	// ESP32シリアル通信用の受信バッファは64バイトまで格納することが出来る
	if (len > 0)
	{
		if (len > 64) {len = 64;}
		size_t readBts = Serial2.readBytes(tmp, len);
		if (readBts)
		{
			for (int i=0; i<readBts; i++)
			{
//				while(Serial.availableForWrite() == 0);
				Serial.write(tmp[i]);
			}
			DEB_OUT("\n");
		}
	}	
#endif
#ifndef USE_USBReadTask
	//-------------------------------------------------------------------------------
	// USB_ReadTask
	len = Serial.available();
	if(len) 
	{
		for(int i=0;i<len;i++)
		{
			int ch = Serial.read();
//			while(Serial.availableForWrite() == 0);
			Serial2.write(ch);
		}
	}	
	//-------------------------------------------------------------------------------
#endif
}

Comments

[ikadzuchi]

とりあえずデバッグ出力の内容を書いてください。

[thkana]

「外部機器」でのデータの発生具合ってどんなものでしょう?
再現実験ってできるかなぁ? と思ったもので。

[thkana]

https://github.com/espressif/arduino-esp32/issues/5005
はデータを取りこぼすんだからちょっと違うか...でも、ボードライブラリ1.0.5からちょっといろいろ出てるから、1.0.4を試してみるのは一つのような気もします。

[WoodenHamlet]

的外れなことを言っていたら申し訳ないのですが、このボードライブラリというのは、Espressif ESP32 Dev Module などの中身になるのでしょうか？
と言いますのも、platformIO で上記のボードを選んだだけで、ボードライブラリのバージョン等を意識せずに使っていたもので、設定の仕方がわからないのです

[thkana]

PlatformIOは使っていないので知りません。一応入れてはあるのでみると、ライブラリはArduino IDEとは違うのを使うのかしら。だとすると、ライブラリ云々はちょっと的外れということになりますね。

Answer 1

通信処理部をメインループで行うようにすると、現象が起きなくなりました。シリアル通信をマルチタスクですると問題があるのかもしれません。

該当部のみ書き出した、現象確認用のソースを作成しました。

#include <Arduino.h>
#include "comm.h"
#include <rom/rtc.h>

TaskHandle_t TaskUSB	= NULL;
TaskHandle_t TaskUART	= NULL;
const UByte RX2PortNo	= 16;
const UByte TX2PortNo	= 17;

void USB_ReadTask(void* arg);
void UART_ReadTask(void* arg);

// ＊＊＊ USE_UARTReadTask をコメントアウトしていると、減少が発生しない
//#define USE_UARTReadTask
//#define USE_USBReadTask

void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
	SetupIO();
	Serial.begin(115200, SERIAL_8N1);
	Serial2.begin(115200, SERIAL_8N1, RX2PortNo, TX2PortNo);
//	Serial2.setTimeout(10);	// 読み取りタイムオーバー時間の設定：readuntil系で必要。

#ifdef USE_UARTReadTask
	xTaskCreatePinnedToCore(UART_ReadTask, "UART_ReadTask", 4096, NULL, 10, &TaskUART, 0);
#endif
#ifdef USE_USBReadTask
	xTaskCreatePinnedToCore(USB_ReadTask, "USB_ReadTask", 4096, NULL, 10, &TaskUSB, 0);
#endif
}

void UART_ReadTask(void* arg)
{
	while (1)
	{
		char tmp[64];	// ESP32シリアル通信用の受信バッファは64バイトまで格納することが出来る
		size_t readBts = 0;

		int len = Serial2.available();
		if (len > 0)
		{
			if (len > 64) {len = 64;}
			readBts = Serial2.readBytes(tmp, len);
			if (readBts)
			{
				DEB_OUT("\tIF < RW: ");
				for (int i=0; i<readBts; i++)
				{
					Serial.write(tmp[i]);
					DEB_OUT("%02X ", tmp[i]);
				}
				DEB_OUT("\n");
			}
		}
 		vTaskDelay(1);
	}
}

void USB_ReadTask(void* arg)
{
	while (1)
	{
		int len = Serial.available();
		if(len) 
		{
			for(int i=0;i<len;i++)
			{
				int ch = Serial.read();
				Serial2.write(ch);
			}
		}
 		vTaskDelay(1);		// delay(1);
	}
}

void loop() {
	int len;
  // put your main code here, to run repeatedly:
	if (digitalRead(SW_RD_TRIG) == 0)
	{
		digitalWrite(EN_POWER, 0);
	}
#ifndef USE_UARTReadTask
	//-------------------------------------------------------------------------------
	// UART_ReadTask
	len = Serial2.available();
	char tmp[64];	// ESP32シリアル通信用の受信バッファは64バイトまで格納することが出来る
	if (len > 0)
	{
		if (len > 64) {len = 64;}
		size_t readBts = Serial2.readBytes(tmp, len);
		if (readBts)
		{
			for (int i=0; i<readBts; i++)
			{
//				while(Serial.availableForWrite() == 0);
				Serial.write(tmp[i]);
			}
			DEB_OUT("\n");
		}
	}	
#endif
#ifndef USE_USBReadTask
	//-------------------------------------------------------------------------------
	// USB_ReadTask
	len = Serial.available();
	if(len) 
	{
		for(int i=0;i<len;i++)
		{
			int ch = Serial.read();
//			while(Serial.availableForWrite() == 0);
			Serial2.write(ch);
		}
	}	
	//-------------------------------------------------------------------------------
#endif
}

Answer 2

ライブラリ抜きで自前のドライバでやろうとすると沼に落ちてしまいますので、
Serial2.begin()
の後にFIFOに関するI/Oレジスタをアクセスして無効化してはどうでしょう。

前述の通りESP32の知識は有していませんが、C言語ならレジスタアドレスと構造が判ればアクセス自体は容易なはずです。

FIFOを無効化される場合、受信オーバーランエラーを起こす恐れがあるのでボーレートは落とした方が良いでしょう。

もしかするとボーレートを落とすだけで直るかもしれません。　一定のボーレート以上だと動作がおかしくなるときがあるチップは私も経験していますので。

Comments

[WoodenHamlet]

改めまして、ご回答ありがとうございます。

むむむ、それが、受信するデータ量に間に合わせるため、115200ボーは必須で、落とすことはできないのです。FIFO関連のレジスタについて調べてみます。

Answer 3

該当チップの使用経験はありませんが、エラッタではないでしょうか
https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/eco_and_workarounds_for_bugs_in_esp32_en.pdf
のエラッタリスト3.17にUARTに関する記述があります
FIFO絡みなので、FIFOを無効にして現象が出なければ当たりかも

それにしても、異様にエラッタが多いチップに思います
仕事柄いくつかのマイコンチップの経験があるますが、ここまで多いのは初めて見ました

Comments

[WoodenHamlet]

ありがとうございます。
UARTの使用はライブラリを利用して行っていましたので、それがFIFOを使っているか、使っているなら、ライブラリ抜きで動かせないか試してみます。