【GD32H757Z海棠派開發板使用手冊】第十講 USART-中斷串口收發實驗
10.1實驗內容
通過本實驗主要學習以下內容：
- 使用中斷進行串口收發
10.2實驗原理
10.2.1串口寄存器介紹
串口有幾個非常重要的寄存器需要讀者理解。
數據接收寄存器（USART_RDATA）
數據發送寄存器（USART_RDATA）
發送時，除了發送數據寄存器，還有一個移位寄存器，當數據寫入數據寄存器中，移位寄存器空閑的情況下，數據從數據寄存器中轉移到移位寄存器，移位寄存器按照低bit——高bit的順序將數據移位到IO口上。
接收時，接收到的數據保存在數據接收寄存器中，CPU或DMA可以從該寄存器中讀接收到的數據。
狀態寄存器（USART_STAT ）
我們需要特別理解TBE、TC、RBNE、IDLE、OREE這幾位。
- TBE（發送空）：這個位置“1”表示現在可以往數據寄存器中寫數據了，當移位寄存器空閑時，寫入到數據寄存器中的數據則會轉移到移位寄存器中，串口開始對外發送數據；
- TC（發送完成）：發送數據時，當數據寄存器和移位寄存器都為空時，表示所有的數據都已經完成了，則TC置“1”，所以當連續發數據時，最后一個字節從移位寄存器中發送完，TC才會置起。
- RBNE（接受非空）：當串口接受到一個字節數據，RBNE置“1”，此時CPU可以去數據寄存器中取數據，當使用了DMA接受，DMA自動將數據寄存器中數據搬走，當數據寄存器數據被讀走/搬走，RBNE位自動清“0”；
- IDLE（空閑）：該標志位用于檢測接受空閑，當串口接受最后一個字節后，再往后一個字節時間內，沒有接受到新的數據，則該位置“1”；
IDLE一般用于串口DMA接受中，DMA接受中，MCU無法知道發送方的數據個數，所以可以通過判斷IDLE位（或IDLE中斷）來判斷發送方一幀數據發送結束了。 |
5. OREE（溢出錯誤）：當RBNE置位的情況，又接收到一個字節數據，則OREE位置“1”。
以上就是串口寄存器的介紹。本實驗就是使用TBE中斷和RBNE中斷來實現中斷收發數據，實驗原理是RBNE中斷用來接受數據，IDLE中斷用于判斷發送方數據結束，TBE中斷用于發送數據。
10.3硬件設計
本實驗使用P1接口的PA9和PA10實現串口功能，硬件設計請見上一章。
10.4代碼解析
10.4.1串口中斷發送函數
在driver_uart.c中定義了串口中斷發送函數：
| C Drv_Err driver_uart_int_transmit(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t *pbuff,uint16_t length) { __IO uint64_t timeout = driver_tick; while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState==1){ if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) { ????????????? uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0; return DRV_ERROR; } } uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSuccess=0; uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=1; uartx->uart_control.p_Send=pbuff; uartx->uart_control.SendSize=length; uartx->uart_control.SendCount=0; usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_TC); usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_TBE); return DRV_SUCCESS; } |
10.4.2串口中斷接受函數
在driver_uart.c中定義了串口中斷接受函數：
| C Drv_Err driver_uart_int_receive(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t *pbuff,uint16_t length) { __IO uint64_t timeout = driver_tick; while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState==1){ if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) { ????????????? uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0; return DRV_ERROR; } } if(usart_flag_get(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR)) { usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR); } uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=0; uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=1; uartx->uart_control.p_Rec=pbuff; uartx->uart_control.RecSize=length; uartx->uart_control.RecCount=0; usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_IDLE); usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_RBNE); usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_IDLE); return DRV_SUCCESS; } |
10.4.3main函數實現
以下為main函數代碼：
| C int main(void) { //延時、共用驅動部分初始化 driver_init(); //初始化UART為中斷模式，注冊接受完成（IDLE）回調函數 BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_INT; BOARD_UART.uart_mode_rx=MODE_INT; BOARD_UART.uart_idle_callback=user_receive_complete_callback; bsp_uart_init(&BOARD_UART); bsp_led_init(&LED2); bsp_led_init(&LED1); bsp_led_on(&LED2); bsp_led_off(&LED1); //使能UART中斷 nvic_irq_enable(USART0_IRQn,2,0); delay_ms(100); printf_log("uart interrupt mode sends and receives loopback packets of indefinite length.\r\n"); //啟動UART中斷接受，最長100byte driver_uart_int_receive(&BOARD_UART,uart_rec_buff,100); while (1) { //查詢到接受完成回調函數標志 if(uart_receive_complete_flag==SET) { uart_receive_complete_flag=RESET; //啟動中斷方式發送剛接受到的數據 driver_uart_int_transmit(&BOARD_UART,uart_send_buff,uart_receive_count); printf_log("\r\n The received data is %s\r\n",uart_send_buff); memset(uart_send_buff,0,100); } } } |
本例程main函數首先進行了延時函數初始化，再初始化UART為中斷模式，接著配置串口BOARD_UART，開啟串口中斷NVIC，這里使用到了IDLE中斷，TBE中斷和RBNE中斷，然后配置串口D中斷接受，最長100個字節，所以我們可以給串口發送100個字節以下長度的數據。在while（1）循環中循環查詢uart_receive_complete_flag標志位，當該標志位為“SET”時，表示IDLE中斷被觸發，一幀數據接受完，最后將接收到的幀數據通過中斷發送方式原封不動發送到串口上。
10.4.4中斷函數
在bsp_uart.c中定義了串口中斷處理函數
| C void USART0_IRQHandler(void) { driver_uart_int_handler(&BOARD_UART); } |
在driver_uart.c中定義了driver_uart_int_handler函數：
| C Drv_Err driver_uart_int_handler(typdef_uart_struct *uartx) { Drv_Err uart_state=DRV_SUCCESS; if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_RBNE)!=RESET) { if(uartx->uart_control.RecCount < uartx->uart_control.RecSize){ uartx->uart_control.p_Rec[uartx->uart_control.RecCount]=usart_data_receive(uartx->uart_x); uartx->uart_control.RecCount++; } else{ usart_data_receive(uartx->uart_x); uart_state=DRV_ERROR; //err 溢出 } if(uartx->uart_rbne_callback!=NULL){ uartx->uart_rbne_callback(uartx); } //callback if(uartx->uart_control.RecCount == uartx->uart_control.RecSize){ uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=1; uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0; uartx->uart_control.RecCount=0; } } if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE)!=RESET) { usart_interrupt_flag_clear(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE); if( (uartx->uart_mode_rx==MODE_INT && uartx->uart_control.RecCount>0) \ ||(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA && dma_transfer_number_get(uartx->uart_rx_dma->dmax,uartx->uart_rx_dma->dma_chx)!=uartx->uart_control.RecSize)) { uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=1; uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0; if(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA){ uartx->uart_control.RecCount=uartx->uart_control.RecSize-dma_transfer_number_get(uartx->uart_rx_dma->dmax,uartx->uart_rx_dma->dma_chx); } //callback if(uartx->uart_idle_callback!=NULL){ uartx->uart_idle_callback(uartx); } } } if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_TBE)!=RESET) { usart_data_transmit(uartx->uart_x,uartx->uart_control.p_Send[uartx->uart_control.SendCount]); uartx->uart_control.SendCount++; if(uartx->uart_tbe_callback!=NULL){ uartx->uart_tbe_callback(uartx); } if(uartx->uart_control.SendCount >= uartx->uart_control.SendSize) { uartx->uart_control.SendCount=0; usart_interrupt_disable(uartx->uart_x, USART_INT_TBE); usart_interrupt_enable(uartx->uart_x, USART_INT_TC); } } if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_TC)!=RESET) { usart_interrupt_disable(uartx->uart_x, USART_INT_TC); usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_TC); if( !(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA && dma_transfer_number_get(uartx->uart_tx_dma->dmax,uartx->uart_tx_dma->dma_chx)!=0) ) { uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSuccess=1; uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0; if(uartx->uart_tc_callback!=NULL){ uartx->uart_tc_callback(uartx); } uartx->uart_control.SendCount=0; } } if(usart_flag_get(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR)==SET) { usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR); uart_state=DRV_ERROR; } return uart_state; } |
10.5實驗結果
使用串口調試助手發送一幀數據到MCU，MCU會將這幀數據回發到串口調試助手中。
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