串口原理圖

串口1咱們已經(jīng)用作rtt的print使用了，所以使用另外一組串口來進(jìn)行串口的教程，這里一定要注意下，alios的這個(gè)板子原理圖是有點(diǎn)問題的，標(biāo)注的是串口3PA2和PA3，實(shí)際上小飛哥調(diào)了好久，最后萬用表量引腳才發(fā)現(xiàn)是原理圖標(biāo)注錯(cuò)誤，實(shí)際上是UART4，PA0和PA1

cubemx中引腳選擇預(yù)配置

選擇PA0、PA1，配置為串口模式，波特率什么的見圖示：

開啟中斷，優(yōu)先級可以根據(jù)自己的需求配置，本次不使用DMA，所以DMA就先不進(jìn)行配置了

配置是非常簡單的，就不多啰嗦了，配置完直接生成代碼就OK了

HAL庫串口代碼詳解

cubemx里面配置了一大堆，生成的應(yīng)用代碼主要在初始化中：

關(guān)于串口的接口是很多的，本次主要使用3個(gè)接口，發(fā)送、接收和接收回調(diào)

HAL庫數(shù)據(jù)接收的設(shè)計(jì)思想是底層配置完成后，暴露給用戶的是一組回調(diào)函數(shù)，用戶不用關(guān)心底層實(shí)現(xiàn)，只需要關(guān)注應(yīng)用層邏輯即可，回調(diào)函數(shù)是定義為_weak屬性的接口，用戶可以在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)

/**
*@briefRxTransfercompletedcallback.
*@paramhuartUARThandle.
*@retvalNone
*/
__weakvoidHAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart)
{
/*Preventunusedargument(s)compilationwarning*/
UNUSED(huart);

/*NOTE:Thisfunctionshouldnotbemodified,whenthecallbackisneeded,
theHAL_UART_RxCpltCallbackcanbeimplementedintheuserfile.
*/
}

發(fā)送也有對應(yīng)的callback，我們只需要在callback處理我們的邏輯即可。

串口收發(fā)設(shè)計(jì)

教程不玩虛的，本章節(jié)小飛哥從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，通過解析協(xié)議數(shù)據(jù)，順便講解uart的收發(fā)設(shè)計(jì)。

1、串口接收：

先來看看HAL庫串口接收的接口函數(shù),這就是使用庫函數(shù)的好處，底層實(shí)現(xiàn)不用關(guān)心，只要會(huì)用接口就行了

/**
*@briefReceiveanamountofdataininterruptmode.
*@noteWhenUARTparityisnotenabled(PCE=0),andWordLengthisconfiguredto9bits(M1-M0=01),
*thereceiveddataishandledasasetofu16.Inthiscase,Sizemustindicatethenumber
*ofu16availablethroughpData.
*@paramhuartUARThandle.
*@parampDataPointertodatabuffer(u8oru16dataelements).
*@paramSizeAmountofdataelements(u8oru16)tobereceived.
*@retvalHALstatus
*/
HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef*huart,uint8_t*pData,uint16_tSize);

如何使用這個(gè)接口接收數(shù)據(jù)呢？

從接口描述可以看到，第1個(gè)參數(shù)是我們的串口號，第2個(gè)參數(shù)數(shù)我們用于接收數(shù)據(jù)的buffer，第3個(gè)參數(shù)是數(shù)據(jù)長度，即要接受的數(shù)據(jù)量，這里我們每次僅接收一個(gè)數(shù)據(jù)即進(jìn)入邏輯處理

每次取一個(gè)數(shù)據(jù)，放到rxdata的變量中

HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&rxdata,1);

HAL庫所有的串口是共享一個(gè)回調(diào)函數(shù)的，那么如何區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)是來自哪一個(gè)串口的？這個(gè)邏輯可以在應(yīng)用實(shí)現(xiàn)，區(qū)分不同的串口號，根據(jù)對應(yīng)的串口號實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的邏輯即可

voidHAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart)
{

if(huart->Instance==UART4)
{
//rt_sem_release(sem_uart_rec);
embedded_set_uart_rec_flag(RT_TRUE);
embedded_set_uart_timeout_cnt(0);
HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&rxdata,1);
mb_process_frame(rxdata,CHANNEL_MODBUS);
}
}

2、數(shù)據(jù)幀接收完成判斷

通訊基本上都是不定長數(shù)據(jù)的接收，一般對于一個(gè)完整的通訊幀來說，是有長度字段的，分以下幾種接收完成判斷方式

特殊數(shù)據(jù)格式，比如結(jié)束符，像正點(diǎn)原子串口教程的“回車、換行(0x0D,0x0A)”

數(shù)據(jù)長度，適用已知數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)幀，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)長度跟數(shù)據(jù)幀里面的長度是否一致，判斷接受是否完成

超時(shí)判斷，定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)超時(shí)機(jī)制，一定時(shí)間內(nèi)沒有數(shù)據(jù)進(jìn)來即認(rèn)為數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束

空閑中斷，串口是有個(gè)空閑中斷的，這個(gè)實(shí)現(xiàn)類似于超時(shí)機(jī)制

也可以從軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，比如設(shè)計(jì)一個(gè)隊(duì)列，取數(shù)據(jù)即可，隊(duì)列中沒數(shù)據(jù)即認(rèn)為數(shù)據(jù)接受完成

方式有很多，本章節(jié)主要使用數(shù)據(jù)長度和定時(shí)器超時(shí)兩種方式來講解

3、串口發(fā)送

串口發(fā)送比較簡單，先來看看發(fā)送接口函數(shù)，類似接收函數(shù)，只需要把我們的數(shù)據(jù)放進(jìn)發(fā)送buffer，啟動(dòng)發(fā)送即可

/**
*@briefSendanamountofdatainblockingmode.
*@noteWhenUARTparityisnotenabled(PCE=0),andWordLengthisconfiguredto9bits(M1-M0=01),
*thesentdataishandledasasetofu16.Inthiscase,Sizemustindicatethenumber
*ofu16providedthroughpData.
*@noteWhenFIFOmodeisenabled,writingadataintheTDRregisteraddsone
*datatotheTXFIFO.WriteoperationstotheTDRregisterareperformed
*whenTXFNFflagisset.Fromhardwareperspective,TXFNFflagand
*TXEaremappedonthesamebit-field.
*@paramhuartUARThandle.
*@parampDataPointertodatabuffer(u8oru16dataelements).
*@paramSizeAmountofdataelements(u8oru16)tobesent.
*@paramTimeoutTimeoutduration.
*@retvalHALstatus
*/
HAL_StatusTypeDefHAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef*huart,constuint8_t*pData,uint16_tSize,uint32_tTimeout);

數(shù)據(jù)接收及協(xié)議幀解析設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)接收：

基于數(shù)據(jù)長度和超時(shí)時(shí)間完成數(shù)據(jù)幀發(fā)送完成的判斷：

定時(shí)器中斷回調(diào)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)邏輯為，當(dāng)收到串口數(shù)據(jù)時(shí)，開始計(jì)時(shí)，超過100ms無數(shù)據(jù)進(jìn)來，認(rèn)為數(shù)據(jù)幀結(jié)束，同時(shí)釋放數(shù)據(jù)接收完成的信號量,接收到接受完成的信號量之后，重置一些數(shù)據(jù)，為下一次接收做好準(zhǔn)備

voidHAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef*htim)
{
if(htim->Instance==TIM15)
{
//if(RT_EOK==rt_sem_take(sem_uart_rec,RT_WAITING_NO))
//{
if(embedded_get_uart_rec_flag())
{
/*100ms超時(shí)無數(shù)據(jù)接收*/
if(embedded_get_uart_timeout_cnt()>9)
{
embedded_set_uart_rec_flag(RT_FALSE);

rt_sem_release(sem_uart_timeout);
}
}

//}
}
}

串口回調(diào)設(shè)計(jì):

串口回調(diào)要實(shí)現(xiàn)的邏輯比較簡單，主要是數(shù)據(jù)接收、解析：

voidHAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef*huart)
{
if(huart->Instance==UART4)
{
//rt_sem_release(sem_uart_rec);
embedded_set_uart_rec_flag(RT_TRUE);
embedded_set_uart_timeout_cnt(0);
HAL_UART_Receive_IT(&huart4,&rxdata,1);
process_frame(rxdata,CHANNEL_UART4);
}
}

/協(xié)議架構(gòu)/

/數(shù)據(jù)頭（2字節(jié)）+數(shù)據(jù)長度（2字節(jié),不包含數(shù)據(jù)頭）+功能碼+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)碼（CRC16-MODBUS）/

我們采用這個(gè)協(xié)議框架來解析數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)解析可以設(shè)計(jì)成一個(gè)簡單的狀態(tài)機(jī)，根據(jù)每一步?jīng)Q定下一步做什么

比如針對上面的協(xié)議，我們就可以分幾步設(shè)計(jì)：

1、解析數(shù)據(jù)頭1;

2、解析數(shù)據(jù)頭2;

3、解析數(shù)據(jù)長度;

4、接收數(shù)據(jù);

5、校驗(yàn)數(shù)據(jù)CRC;

6、調(diào)用命令回調(diào)函數(shù);

把握好這個(gè)步驟，設(shè)計(jì)其實(shí)非常簡單

先來定義一個(gè)簡單的枚舉，表示每一個(gè)狀態(tài)：

typedefenum
{
STATUS_HEAD1=0,
STATUS_HEAD2,
STATUS_LEN,
STATUS_HANDLE_PROCESS
}frame_status_e;

然后封裝數(shù)據(jù)解析函數(shù)：

/*協(xié)議架構(gòu)*/

/**數(shù)據(jù)頭（1字節(jié)）+數(shù)據(jù)長度（2字節(jié),不包含數(shù)據(jù)頭）+功能碼+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)碼（CRC16-MODBUS）**/

#definePROTOCOL_HEAD10x5A
#definePROTOCOL_HEAD20xA5

intprocess_frame(constuint8_tdata,constuint8_tchannel)
{
uint16_tcrc=0;
uint16_tlen=0;

staticframe_status_eframe_status;
staticuint16_tindex=0;

/*timeoutresetthereceivestatus*/
if(RT_EOK==rt_sem_take(sem_uart_timeout,RT_WAITING_NO))
{
index=0;
frame_status=STATUS_HEAD1;
}
switch(frame_status)
{
caseSTATUS_HEAD1:
if(data==PROTOCOL_HEAD1)
{
frame_status=STATUS_HEAD2;
buffer[index++]=data;
}
else
{
frame_status=STATUS_HEAD1;
index=0;
}
break;
caseSTATUS_HEAD2:
if(data==PROTOCOL_HEAD2)
{
frame_status=STATUS_LEN;
buffer[index++]=data;
}
else
{
frame_status=STATUS_HEAD1;
index=0;
}
break;
caseSTATUS_LEN:
if(data>=0&&data<=?MAX_DATA_LEN)
????????{
????????????frame_status?=?STATUS_HANDLE_PROCESS;
????????????buffer[index++]?=?data;
????????}
????????else
????????{
????????????frame_status?=?STATUS_HEAD1;
????????????index?=?0;
????????}
????????break;
????case?STATUS_HANDLE_PROCESS:
????????buffer[index++]?=?data;
????????len?=?buffer[LEN_POS];
????????if?(index?-?3?==?len)
????????{
????????????crc?=?embedded_mbcrc16(buffer,?index?-?2);
????????????if?(crc?==?(buffer[index?-?1]?|?buffer[index?-?2]?<

	

	對用的功能函數(shù)：

	我們采用 attribute at機(jī)制的方式，將我們的回調(diào)函數(shù)注冊進(jìn)去：

	
typedefvoid(*uart_dispatcher_func_t)(constuint32_t,constuint8_t*,constuint32_t);
typedefstructuart_dispatcher_item
{
union
{
struct
{
uint8_tchannel;
uint8_tcmd_id;
};

uint32_tmagic_number;
};

uart_dispatcher_func_tfunction;

}uart_dispatcher_item_t;

#defineUART_DISPATCHER_CALLBACK_REGISTER(ch,id,fn)staticconstuart_dispatcher_item_tuart_dis_table_##ch##_##id
__attribute__((section("uart_dispatcher_table"),__used__,aligned(sizeof(void*))))=
{.channel=ch,.cmd_id=id,.function=fn}
intcall_reg_cb(uint8_t*frame,uint8_tdata_len,intchannel,uint8_tcmd_id);


	

	回調(diào)函數(shù)：

	這樣設(shè)計(jì)可以把驅(qū)動(dòng)層，協(xié)議解析層和應(yīng)用層完全分開，用戶只需要注冊相關(guān)的命令，實(shí)現(xiàn)回調(diào)即可，完全不用關(guān)心底層實(shí)現(xiàn)

	
voiddispatcher_on_02_callback(constuint32_tchannel,constuint8_t*data,constuint32_tdata_len)
{
constchar*str="func02isrunning
";
uart_write((uint8_t*)str,rt_strlen(str),100);
rt_kprintf("func02isrunning
");
}
UART_DISPATCHER_CALLBACK_REGISTER(1,0x02,dispatcher_on_02_callback);

voiddispatcher_on_03_callback(constuint32_tchannel,constuint8_t*data,constuint32_tdata_len)
{
constchar*str="func03isrunning
";
uart_write((uint8_t*)str,rt_strlen(str),100);
rt_kprintf("func03isrunning
");
}
UART_DISPATCHER_CALLBACK_REGISTER(1,0x03,dispatcher_on_03_callback);

voiddispatcher_on_04_callback(constuint32_tchannel,constuint8_t*data,constuint32_tdata_len)
{
constchar*str="func04isrunning
";
uart_write((uint8_t*)str,rt_strlen(str),100);
rt_kprintf("func04isrunning
");
}
UART_DISPATCHER_CALLBACK_REGISTER(1,0x04,dispatcher_on_04_callback);

voiddispatcher_on_05_callback(constuint32_tchannel,constuint8_t*data,constuint32_tdata_len)
{
rt_kprintf("func05isrunning
");
}
UART_DISPATCHER_CALLBACK_REGISTER(1,0x05,dispatcher_on_05_callback);

voiddispatcher_on_06_callback(constuint32_tchannel,constuint8_t*data,constuint32_tdata_len)
{
rt_kprintf("func06isrunning
");
}
UART_DISPATCHER_CALLBACK_REGISTER(1,0x06,dispatcher_on_06_callback);



	

	測試效果

	通過上面的回調(diào)函數(shù)注冊，我們來測試下是不是達(dá)到預(yù)期情況：



	




	審核編輯：劉清