串口原理圖

串口1咱們已經用作rtt的print使用了，所以使用另外一組串口來進行串口的教程，這里一定要注意下，alios的這個板子原理圖是有點問題的，標注的是串口3PA2和PA3，實際上小飛哥調了好久，最后萬用表量引腳才發現是原理圖標注錯誤，實際上是UART4，PA0和PA1

cubemx中引腳選擇預配置

選擇PA0、PA1，配置為串口模式，波特率什么的見圖示：

開啟中斷，優先級可以根據自己的需求配置，本次不使用DMA，所以DMA就先不進行配置了

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，生成的應用代碼主要在初始化中：

關于串口的接口是很多的，本次主要使用3個接口，發送、接收和接收回調

HAL庫數據接收的設計思想是底層配置完成后，暴露給用戶的是一組回調函數，用戶不用關心底層實現，只需要關注應用層邏輯即可，回調函數是定義為_weak屬性的接口，用戶可以在應用層實現

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

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

發送也有對應的callback，我們只需要在callback處理我們的邏輯即可。

串口收發設計

教程不玩虛的，本章節小飛哥從實際應用出發，通過解析協議數據，順便講解uart的收發設計。

1、串口接收：

先來看看HAL庫串口接收的接口函數,這就是使用庫函數的好處，底層實現不用關心，只要會用接口就行了

/**
*@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);

如何使用這個接口接收數據呢？

從接口描述可以看到，第1個參數是我們的串口號，第2個參數數我們用于接收數據的buffer，第3個參數是數據長度，即要接受的數據量，這里我們每次僅接收一個數據即進入邏輯處理

每次取一個數據，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回調函數的，那么如何區分數據是來自哪一個串口的？這個邏輯可以在應用實現，區分不同的串口號，根據對應的串口號實現對應的邏輯即可

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、數據幀接收完成判斷

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

特殊數據格式，比如結束符，像正點原子串口教程的“回車、換行(0x0D,0x0A)”

數據長度，適用已知數據長度的數據幀，根據接收到的數據長度跟數據幀里面的長度是否一致，判斷接受是否完成

超時判斷，定時器設計一個超時機制，一定時間內沒有數據進來即認為數據傳輸結束

空閑中斷，串口是有個空閑中斷的，這個實現類似于超時機制

也可以從軟件設計實現，比如設計一個隊列，取數據即可，隊列中沒數據即認為數據接受完成

方式有很多，本章節主要使用數據長度和定時器超時兩種方式來講解

3、串口發送

串口發送比較簡單，先來看看發送接口函數，類似接收函數，只需要把我們的數據放進發送buffer，啟動發送即可

/**
*@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);

數據接收及協議幀解析設計

數據接收：

基于數據長度和超時時間完成數據幀發送完成的判斷：

定時器中斷回調設計，實現邏輯為，當收到串口數據時，開始計時，超過100ms無數據進來，認為數據幀結束，同時釋放數據接收完成的信號量,接收到接受完成的信號量之后，重置一些數據，為下一次接收做好準備

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超時無數據接收*/
if(embedded_get_uart_timeout_cnt()>9)
{
embedded_set_uart_rec_flag(RT_FALSE);

rt_sem_release(sem_uart_timeout);
}
}

//}
}
}

串口回調設計:

串口回調要實現的邏輯比較簡單，主要是數據接收、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);
}
}

/協議架構/

/數據頭（2字節）+數據長度（2字節,不包含數據頭）+功能碼+數據+校驗碼（CRC16-MODBUS）/

我們采用這個協議框架來解析數據，數據解析可以設計成一個簡單的狀態機，根據每一步決定下一步做什么

比如針對上面的協議，我們就可以分幾步設計：

1、解析數據頭1;

2、解析數據頭2;

3、解析數據長度;

4、接收數據;

5、校驗數據CRC;

6、調用命令回調函數;

把握好這個步驟，設計其實非常簡單

先來定義一個簡單的枚舉，表示每一個狀態：

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

然后封裝數據解析函數：

/*協議架構*/

/**數據頭（1字節）+數據長度（2字節,不包含數據頭）+功能碼+數據+校驗碼（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：

	我們采用 attribute at機制的方式，將我們的回調函數注冊進去：

	
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);


	

	回調函數：

	這樣設計可以把驅動層，協議解析層和應用層完全分開，用戶只需要注冊相關的命令，實現回調即可，完全不用關心底層實現

	
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

	通過上面的回調函數注冊，我們來測試下是不是達到預期情況：



	




	審核編輯：劉清