詳解STM32F407VE中的串行總線功能

在這一節里我們來一起完成STM32F407VE中的串行總線功能。所謂串行總線就是我們常常說的串口。串口中的信號線（數據線）只有2條，一條線為Tx，另一條為Rx，也就是發送線和接收線。所以稱它為串行，就是通過一根信號線的產生一個序列的高低電平來完成數字信號中一個字節的數據。例如：我們知道計算機中都是采用二進制來表示數的，如果我們需要在串行總線上傳輸一個字節的數據，如0x5A，那么這個字節的二進制為：01011010，所以我們就需要讓串行總線產生的高低電平序列為：低、高、低、高、高、低、高、低，每一個高低電平，我們在計算機中稱之為Bit（比特）：

這樣，我們就知道串行總線所產生的高低電平時序了。其實除了正常數據傳輸所用到的Bit位之外，串行總線還有數據傳輸的控制標記位，通常有起始位、停止位和校驗位，但在我們實際使用串行總線時常常只使用一個起始位和一個停止位而不使用校驗位。于是，我們使用STM32的標準庫來完成串行總線的配置工作。首先來配置串口的NVIC中斷：

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x2;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x0;
  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

我們使用的是USART2，也就是串口2。我們將其主優先級設置為2，子優先級設置為0。接下來配置串口2的兩個信號線引腳PA2和PA3：

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);


  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);


  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_USART2);
  GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_USART2);

最后，配置串口的相關參數和中斷方式：

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
  USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
  USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
  USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
  USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
  USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
  USART2- >CR1 |= (USART_CR1_RE | USART_CR1_TE);
  USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);
  USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);
  USART_Cmd(USART2, ENABLE);

在這里，我們將串口2的波特率設置為115200，并設置數據位為8Bit，一個停止位，無校驗位。并設置了接收和發送中斷。

這樣，我們就完成了串口2的配置工作，接下來我們需要完成兩個函數，分別用于串口數據的發送和接收：

void uart_write(uint8_t data)
{
  int next_head = tx_head + 1;
  if (next_head >= tx_buff_size)
  {
    next_head = 0;
  }
  while (next_head == tx_foot)
  {
  }
  tx_buff[tx_head] = data;
  tx_head = next_head;
  USART2- >CR1 |= USART_FLAG_TXE;
}


int uart_read(uint8_t* ch)
{
  int foot = rx_foot;
  if (rx_head == foot)
  {
    return 0;
  }
  else
  {
    uint8_t data = rx_buff[foot];
    foot++;
    if (foot >= rx_buff_size)
    {
      foot = 0;
    }
    rx_foot = foot;
    *ch = data;
    return 1;
  }
}


void uart_data_in(uint8_t data)
{
  int next_head = rx_head + 1;
  if (next_head >= rx_buff_size)
  {
    next_head = 0;
  }


  if (next_head != rx_foot)
  {
    rx_buff[rx_head] = data;
    rx_head = next_head;
  }
  else
  {
    next_head++;
    next_head--;
  }
}


void USART2_IRQHandler(void)
{
  //UART1
  int foot = 0;
  uint8_t data = 0;


  if (USART2- >SR & USART_FLAG_RXNE)
  {
    data = USART2- >DR & 0x1FF;
    uart_data_in(data);
  }


  if (USART2- >SR & USART_FLAG_TXE)
  {
    foot = tx_foot;
    if (foot != tx_head)
    {
      USART2- >DR = tx_buff[foot];
      foot++;
      if (foot >= tx_buff_size)
      {
        foot = 0;
      }
      tx_foot = foot;
    }
    else
    {
      USART2- >CR1 &= ~USART_FLAG_TXE;
      USART2- >SR = ~USART_FLAG_TXE;
    }
  }
}

實際上，串口的發送和接收都是采用了void USART2_IRQHandler()串口2的中斷函數來完成的，當我們需要發送一個字節的數據時，調用void uart_write(uint8_t data)函數將data這個字節的數據存放到發送隊列（發送緩沖區）當中，并同時打開發送中斷。在發送中斷函數中從發送隊列當中取出需要發送的字節發送到串行總線上。

相反的，當接收總線上收到一個字節的數據時，就會產生一個接收中斷，void USART2_IRQHandler()接收中斷函數調用void uart_data_in(uint8_t data)函數將這個字節的數據存放到接收隊列（接收緩沖區）當中，而我們通過調用int uart_read(uint8_t* ch)函數來從接收隊列中讀取接收到的數據。

于是，我們可以在main()函數中對串口2進行初始化配置，并使用它來與上位機軟件進行通信：

int main(int argc, char* argv[])
{
  init_led();
  uart_init();


  char buff[100] = {0};


  while (1)
  {
    uart_write(0x5A);


    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_0, 1);
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_1, 0);
    for (int i = 0; i < 500000; i++)
    {
    }
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_0, 0);
    GPIO_WriteBit(GPIOE, GPIO_Pin_1, 1);
    for (int i = 0; i < 500000; i++)
    {
    }
  }
}