STM32F0单片机快速入门六: 用库操作串口(UART)原来如此简单

  1. 从 GPIO 到 UART

前面几节我们讲了MCU如何启动,如何用翻转IO引脚,以及用按键去触发中断。接下来我们介绍的也是最常用的一个模块,串口(UART)。

串口可以说是最古老,而且生命力最强的一种通信接口了。RS485总线更是久经考验。虽然串口早已经从大多数PC的标配中去掉了,但是嵌入式系统跟上位PC机通信用的最多的应该还是通过串口转USB吧。

我们用 Keil 打开下面这个工程:

STM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\Examples\UART\UART_TwoBoards_ComPolling\MDK-ARM\Project.uvprojx

这个代码配置串口为 9600,8 N 1,我们把代码编译下载后,可以通过 UART to USB 转换器连接到 PC 的 USB 口,在PC端用串口观察MCU发送的数据。

  1. UART 的初始化

我们看一下代码,串口参数的设置是在主程序里完成的,还有一部分是在stm32f0xx_hal_msp.c 里完成的。为什么要这么费事儿,而不把初始化代码全放在一个主程序里完成呢?

我们要慢慢体会这样做带来的好处。我们调用一个驱动时,这个驱动难免会跟底层硬件打交道,比如串口驱动,它最终是利用用户选择的某一个串口模块,和与此模块连接的收发引脚进行数据收发的。

HAL(Hardware Abstract Layer) 把跟具体硬件细节相关的代码单独剥离了出来,并在Cube库中引入了 MSP(MCU Support Package) 的概念, 具体的硬件细节交给用户在这里面配置。

HAL库里面对应每个硬件模块有两个函数 例如:

HAL_UART_Init( )  功能上的描述:设置收发模式、奇偶校验位、停止位数等等(与芯片无关)。

HAL_UART_MspInit( )  硬件的描述: IO初始化,不同芯片,不同引脚设置不同。

回到程序,我们要使用串口时要调用驱动层的初始化函数 HAL_UART_Init( ),这个初始化函数回过头来调用了 HAL_UART_MspInit( ) 这个函数来完成 UART 时钟和收发引脚时钟的使能,以及收发引脚的配置。之后初始化函数继续进行 UART 端口的参数配置。

这样做的一个好处就是使驱动层的初始化函数与硬件无关。一般我们做好一块板子后,所用的串口和引脚也就固定下来了,在 HAL_UART_MspInit( ) 里配置一次就好了,之后不需要频繁的改变这些代码。

  1. 熟悉 Handle

跟 GPIO 的初始化有所不同,在UART这个模块引入了 Handle 这一概念。在看 Handle 之前我们先熟悉一下在驱动里经常用到的结构体及其指针的用法:

typedef struct __MY_TypeDef

{

uint8_t    Var1;

uint8_t    Var2;

uint16_t   Var3;

uint8_t*   Var4;

}MY_TypeDef;

MY_TypeDef* MY_VAR;

MY_VAR 是一个 MY_TypeDef 类型的指针,我们看看把它指向不同的地址时会发生什么?

MY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x20000018;

需要注意 MY_VAR->Var4 是个字节型指针变量,这个变量本身占用4个字节,它的值是 0x20000018, 而

* MY_VAR->Var4 的值是 0x02。

把 MY_VAR 指向另一个地址:

MY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x2000001C;

与此类似,对于串口模块,驱动定义了一个结构体类型 UART_HandleTypeDef,我们可以用这个类型定义多个结构体,并通过把串口模块寄存器区的起始地址付给一个结构体,使该结构体和串口之间建立起联系:

我们运行的当前程序操作串口的方式为查询(polling)方式,结构体中和DMA,中断方式相关的内容可以先忽略,只需要关注结构体中下面这些成员即可:

USART_TypeDef  *Instance;

USART_TypeDef 类型的指针,需要指向欲操作的串口寄存器区起始地址。以把此 Handle 和该串口建立起联系。

UART_InitTypeDef   Init;

在调用初始化函数前,需要把初始化参数如 波特率,是否奇偶校验等写入此结构体。

UART_AdvFeatureInitTypeDef  AdvancedInit;

串口扩展功能初始化参数。当前未用到扩展功能。

使用 Handle 的好处是,我们操作某个模块时,把这个模块对应的 Handle 的首地址传给驱动函数就行了。此函数通过 Handle 就可以找到所有需要的东西。如:

HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t*)aTxBuffer, TXBUFFERSIZE, 5000);

&UartHandle 为 UART1 对应的 Handle 的首地址。

Handle 除了保存自己对应模块的参数信息,还保存缓冲数据,以及当前工作状态。它可以保证各模块之间互不干扰,在代码执行过程中被打断,恢复后又可以正确继续执行。这样也便于把驱动集成到操作系统中。在以后的中断方式和 DMA 操作模式中,我们可以更深刻的体会到这种方法的优点。在理解了串口模块的工作方式后,理解其它模块就非常容易了。

需要提到的是,在M0芯片内,有一些共享的或系统级的硬件模块不使用 Handle 的方式来处理:

GPIO

SYSTICK

NVIC

PWR

RCC

FLASH.

参考资料:

PM0215  STM32F0xxx Cortex-M0 programming manual

UM1785 Description of STM32F0 HAL and low-layer drivers

STM32F030 Datasheet

STM32F030 Reference Manual

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