【Preliminary Note】The original hardware example in this article was written based on the RP2040. The actual hardware used in this hands-on demonstration features the W55RP20 as the main controller chip. The circuit logic and UF2 flashing operation principles are universally applicable, with only the main controller model differing. The original chip model mentioned in the circuit descriptions below is provided for reference purposes only.

1. Preparations before the experiment

2. Receive idle interrupt (IRQ_RXIDLE): Receive a complete data frame

# Python env   : MicroPython v1.27.0
# -*- coding: utf-8 -*-        
# @Time    : 2025/12/28 上午10:37   
# @Author  : 李清水            
# @File    : main.py       
# @Description : 串口接收空闲中断（IRQ_RXIDLE），接收完整指令并返回环境数据

# ======================================== 导入相关模块 =========================================

# 导入MicroPython标准库模块
from machine import Pin, UART
# 导入时间模块
import time
# 用于模拟环境传感器数据
import random

# ======================================== 全局变量 ============================================

# 环境数据缓存（温度+湿度）
env_data_cache = {"temp": 0.0, "humi": 0.0}
# 串口接收缓冲区（预分配128字节）
rx_buffer = bytearray(128)
# 缓冲区索引
buf_index = 0

# ======================================== 功能函数 ============================================

def uart_rxidle_handler(uart: UART) -> None:
    """
    串口接收空闲中断处理函数：读取完整指令并返回环境数据。

    Args:
        uart (UART): 触发中断的UART实例（machine.UART类型）。

    Notes:
        - 中断触发时读取所有未处理字符至缓冲区，避免数据丢失。
        - 缓冲区最大长度限制为64字节，防止索引越界导致程序异常。
        - 仅支持UTF-8编码指令解析，非UTF-8字符可能导致解码失败。
        - 识别"GET_ENV_DATA"指令并返回温湿度数据，其他指令返回未知提示。
        - 指令解析完成后立即重置缓冲区索引，确保下一次接收不受影响。
    """
    global buf_index, env_data_cache

    # 读取所有未处理的字符到缓冲区
    while uart.any() and buf_index < len(rx_buffer):
        rx_buffer[buf_index] = uart.read(1)[0]
        buf_index += 1

    # 解析完整指令
    if buf_index > 0:
        cmd = bytes(rx_buffer[:buf_index]).decode('utf-8').strip()
        # 响应环境数据查询指令
        if cmd == "GET_ENV_DATA":
            resp = f"Env Data - Temp: {env_data_cache['temp']}C, Humidity: {env_data_cache['humi']}%\r\n"
            uart.write(resp)
        else:
            uart.write(f"Unknown command: {cmd}\r\n")
        # 重置缓冲区
        buf_index = 0

def collect_env_data() -> tuple[float, float]:
    """
    模拟环境传感器（温湿度）数据采集函数（主任务核心业务）。

    Args:

    Notes:
        - 温度模拟范围为18.0~35.0℃，湿度模拟范围为30.0~80.0%，保留2位小数。
        - 采集数据后更新全局环境数据缓存，确保中断响应指令时获取最新数据。
        - 返回值为元组格式，第一个元素为温度(℃)，第二个为湿度(%)。
        - 数据采集无硬件依赖，仅用于业务逻辑模拟。
    """
    global env_data_cache

    temp = round(random.uniform(18.0, 35.0), 2)
    humi = round(random.uniform(30.0, 80.0), 2)
    # 更新全局缓存
    env_data_cache["temp"] = temp
    env_data_cache["humi"] = humi
    return temp, humi

# ======================================== 初始化配置 ==========================================

# 上电延时3s
time.sleep(3)
# 打印调试消息
print("FreakStudio: Testing UART Recv IRQ_RX")

# 初始化状态LED（板载Pin25）- 指示数据采集状态
status_led = Pin(25, Pin.OUT)
status_led.off()

# 初始化UART0：TX=Pin0，RX=Pin1，波特率115200
uart0 = UART(0, baudrate=115200, tx=Pin(0), rx=Pin(1))
# 配置串口中断：接收空闲触发（IRQ_RXIDLE），软中断
uart0.irq(handler=uart_rxidle_handler, trigger=UART.IRQ_RXIDLE, hard=False)

# ========================================  主程序  ============================================

# 主循环：核心业务（环境数据采集）+ 等待中断响应
while True:
    # 真实业务任务1：采集环境数据
    current_temp, current_humi = collect_env_data()
    # 真实业务任务2：打印采集数据（调试）
    print(f"Collected - Temp: {current_temp}°C, Humidity: {current_humi}%")
    # LED闪烁指示采集动作
    status_led.on()
    time.sleep(0.1)
    status_led.off()
    # 模拟传感器采集间隔
    time.sleep(1)

3. Transmit idle interrupt (IRQ_TXIDLE): Confirm that the transmission of long data is completed

# Python env   : MicroPython v1.27.0
# -*- coding: utf-8 -*-        
# @Time    : 2025/12/28 上午11:12   
# @Author  : 李清水            
# @File    : main.py       
# @Description : 串口发送空闲中断（IRQ_TXIDLE）- 长日志传输状态提示

# ======================================== 导入相关模块 =========================================

# 导入MicroPython标准库模块
from machine import Pin, UART
# 导入时间模块
import time
# 用于模拟传感器数据
import random

# ======================================== 全局变量 ============================================

# 传感器日志缓存（积累6条后发送，确保长度>5触发TXIDLE）
sensor_logs = []
# 日志编号
log_seq = 1
# 发送状态：IDLE(空闲)/SENDING(发送中)
tx_status = "IDLE"
# TXIDLE中断触发标志
txidle_flag = False

# ======================================== 功能函数 ============================================

def uart_txidle_handler(uart: UART) -> None:
    """
    RP2串口TXIDLE中断处理函数（软中断），仅标记中断触发状态避免硬件抢占。

    Args:
        uart (UART): 触发中断的UART实例（machine.UART类型）。

    Notes:
        - RP2的TXIDLE中断在剩余5个字符待发送时触发，非发送完成状态。
        - 仅在发送中（SENDING）状态下标记，避免空触发干扰状态机。
        - 不执行UART写入操作，防止硬件抢占导致数据错乱。
    """
    global txidle_flag
    # 仅在发送中标记
    if tx_status == "SENDING":
        txidle_flag = True

def generate_sensor_log() -> str:
    """
    生成固定格式的模拟传感器日志，适配RP2 UART缓冲区特性。

    Args:
        None

    Notes:
        - 固定字段格式确保单条日志字符数一致，避免长度波动导致数据截断。
        - 日志编号4位补零，防止编号循环过快导致视觉混淆。
        - 编号超过9999时重置，避免数值溢出影响日志可读性。

    Return:
        (str): 拟传感器日志文件，格式固定。
    """
    global log_seq

    temp = round(random.uniform(20.0, 40.0), 2)
    pressure = round(random.uniform(950.0, 1050.0), 2)
    # 强制固定格式，确保每条日志长度一致（避免截断）
    log = f"LOG_{log_seq:02d} | Time: {int(time.time())}s | Temp: {temp:5.2f} degC | Pressure: {pressure:6.2f} hPa"
    log_seq += 1
    return log

def send_log_batch(uart: UART) -> None:
    """
    RP2串口3条日志批量发送函数，适配硬件FIFO缓冲区容量（防截断）。

    Args:
        uart (UART): 用于发送日志的UART实例（machine.UART类型）。

    Notes:
        - 批量阈值设为3条，总字符数适配RP2 UART FIFO缓冲区，避免数据积压。
        - 使用uart.flush()阻塞等待，替代不可靠的uart.txdone()确保发送完成。
        - 仅在IDLE状态下执行发送，避免多线程式状态竞态导致数据错乱。
        - 一次性写入整批日志，保证硬件层面的原子发送操作。

    Return:
        None
    """
    global sensor_logs, tx_status, txidle_flag

    if len(sensor_logs) >= 3 and tx_status == "IDLE":
        tx_status = "SENDING"

        # 重置中断标志
        txidle_flag = False

        # 拼接整批日志（原子块，一次性发送）
        long_log = "\r\n".join(sensor_logs) + "\r\n===== LOG BATCH END =====\r\n"
        print(f"Sending {len(sensor_logs)} logs...")

        # 一次性写入整批日志（硬件原子操作）
        uart.write(long_log)

        # 阻塞直到整批日志发送完成
        while uart.flush():
            time.sleep_ms(5)

        # 发送完成后，终端输出TXIDLE提示
        if txidle_flag:
            print("[STATUS] Transmission nearly complete (TXIDLE triggered)")
            txidle_flag = False

        # 清空缓存+恢复状态
        sensor_logs.clear()
        tx_status = "IDLE"

# ======================================== 初始化配置 ==========================================

# 上电延时3s
time.sleep(3)
# 打印调试消息
print("FreakStudio: Testing UART Transmit IRQ_TXIDLE")

# 初始化发送状态LED（板载Pin25）
tx_led = Pin(25, Pin.OUT)
tx_led.off()

# 初始化UART0：TX=Pin0，RX=Pin1，波特率115200
uart0 = UART(0, baudrate=115200, tx=Pin(0), rx=Pin(1))
# 配置串口中断：发送空闲触发（IRQ_TXIDLE），软中断
uart0.irq(handler=uart_txidle_handler, trigger=UART.IRQ_TXIDLE, hard=False)

# ========================================  主程序  ============================================

while True:
    # 仅空闲时生成日志（避免缓冲区过载）
    if tx_status == "IDLE":
        log = generate_sensor_log()
        sensor_logs.append(log)
        print(f"Generated: {log}")

    # 批量发送（阻塞直到完成）
    send_log_batch(uart0)

    # 更新LED和状态打印
    tx_led.value(1 if tx_status != "IDLE" else 0)
    print(f"Transmit Status: {tx_status}")

    # 固定间隔（降低循环频率，减少冲突）
    time.sleep(2)