2019年08月26日 | 【STM32H7教程】第30章 STM32H7的USART应用之八个串口FIFO实现

30.1 初学者重要提示

学习本章节前，务必优先学习第29章。

串口FIFO的实现跟前面章节按键FIFO的机制是一样的。

本章节比较重要，因为后面的ESP8266，GPS，RS485，GPRS等试验都是建立在这个驱动的基础上实现。

大家自己做的板子，测试串口收发是乱码的话，重点看stm32h7xx_hal_conf.h文件中的HSE_VALUE的大小跟板子上实际晶振大小是否一致，然后再看PLL配置。

CH340/CH341的USB转串口Windows驱动程序的安装包，支持32/64位 Windows 10/8.1/8/7。http://forum.armfly.com/forum.php?mod=viewthread&tid=32826 。

30.2 硬件设计

STM32H743XIH6最多可以支持8个独立的串口。其中串口4和串口5和SDIO的GPIO是共用的，也就是说，如果要用到SD卡，那么串口4和串口5将不能使用。串口7和SPI3共用，串口8和RGB硬件接口共用。串口功能可以分配到不同的GPIO。我们常用的引脚分配如下：

串口USART1  TX = PA9，   RX = PA10

串口USART2  TX = PA2，   RX = PA3

串口USART3  TX = PB10，  RX = PB11

串口UART4   TX = PC10，  RX = PC11 （和SDIO共用）

串口UART5   TX = PC12，  RX = PD2  （和SDIO共用）

串口USART6  TX = PG14，  RX = PC7  

串口UART7   TX = PB4，   RX = PB3  （和SPI1/3共用）

串口UART8   TX = PJ8，   RX =PJ9   （和RGB硬件接口共用）

STM32-V7开发板使用了4个串口设备。

  串口1用于RS232接口，很多例子的pritnf结果就是输出到串口1

  串口2用于GPS

  串口3用于RS485接口

  串口6 用于TTL串口插座，板子上有GPRS插座和串口WIFI插座。

下面是RS232的原理图：

关于232的PHY芯片SP3232E要注意以下几个问题：

  SP3232E的作用是TTL电平转RS232电平。

  电阻R130的作用是避免CPU复位期间，TX为高阻时串口线上出现异常数据。

  检测SP3232E的好坏可以采用回环的方式，即短接T1OUT和R1IN，对应到DB9插座上就是短接引脚2和引脚3。

实际效果如下：

通过这种方式，可以在应用程序中通过串口发送几个字符，查看是否可以正确接收来判断232 PHY芯片是否有问题。

  由于这里是TTL转RS232，如果电脑端自带DB9串口，可以找根交叉线直接接上。如果电脑端没有，就需要用RS232转USB的串口线。这里要注意是RS232转USB，不是TTL转USB。像我们用的CH340就是RS232转USB芯片。

  检测串口线的好坏跟板子上的232 PHY一样，将电脑端的串口助手打开，串口线接到电脑端并短接串口线的2脚和3脚，然后使用串口助手进行自收发测试即可。

30.3 串口FIFO驱动设计

30.3.1 串口FIFO框架

为了方便大家理解，先来看下串口FIFO的实现框图：

  第1阶段，初始化：

通过函数bsp_InitUart初始化串口结构体，串口硬件参数。

  第2阶段，串口中断服务程序：

  接收中断是一直开启的。

  做了发送空中断和发送完成中断的消息处理。

  第3阶段，串口数据的收发：

  串口发送函数会开启发送空中断。

  串口接收中断接收到函数后，可以使用函数comGetChar获取数据。

30.3.2 串口FIFO之相关的变量定义

串口驱动的核心文件为：bsp_uart_fifo.c, bsp_uart_fifo.h。

这里面包括有串口硬件的配置函数、中断处理函数，以及串口的读写接口函数。还有ptinft函数的实现。

每个串口都有2个FIFO缓冲区，一个是用于发送数据的TX_FIFO，一个用于保存接收数据的RX_FIFO。

我们来看下这个FIFO的定义，在bsp_uart_fifo.h文件。

/* 定义串口波特率和FIFO缓冲区大小，分为发送缓冲区和接收缓冲区, 支持全双工 */

#if UART1_FIFO_EN == 1

#define UART1_BAUD 115200

#define UART1_TX_BUF_SIZE 1*1024

#define UART1_RX_BUF_SIZE 1*1024

#endif

/* 串口设备结构体 */

typedef struct

{

USART_TypeDef *uart; /* STM32内部串口设备指针 */

uint8_t *pTxBuf; /* 发送缓冲区 */

uint8_t *pRxBuf; /* 接收缓冲区 */

uint16_t usTxBufSize; /* 发送缓冲区大小 */

uint16_t usRxBufSize; /* 接收缓冲区大小 */

__IO uint16_t usTxWrite; /* 发送缓冲区写指针 */

__IO uint16_t usTxRead; /* 发送缓冲区读指针 */

__IO uint16_t usTxCount; /* 等待发送的数据个数 */

__IO uint16_t usRxWrite; /* 接收缓冲区写指针 */

__IO uint16_t usRxRead; /* 接收缓冲区读指针 */

__IO uint16_t usRxCount; /* 还未读取的新数据个数 */

void (*SendBefor)(void); /* 开始发送之前的回调函数指针（主要用于RS485切换到发送模式） */

void (*SendOver)(void); /* 发送完毕的回调函数指针（主要用于RS485将发送模式切换为接收模式） */

void (*ReciveNew)(uint8_t _byte); /* 串口收到数据的回调函数指针 */

uint8_t Sending; /* 正在发送中 */

}UART_T;

bsp_uart_fifo.c文件定义变量。我们以串口1为例，其他的串口都是一样的代码。

/* 定义每个串口结构体变量 */

#if UART1_FIFO_EN == 1

static UART_T g_tUart1;

static uint8_t g_TxBuf1[UART1_TX_BUF_SIZE]; /* 发送缓冲区 */

static uint8_t g_RxBuf1[UART1_RX_BUF_SIZE]; /* 接收缓冲区 */

#endif

关于FIFO的机制，我们在按键FIFO驱动已经做过详细的介绍，这个地方就不赘述了。每个串口有两个FIFO缓冲区，每个FIFO对应一个写指针和一个读指针。这个结构中还有三个回调函数。回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针（地址）作为参数传递给另一个函数，当这个指针被用为调用它所指向的函数时，我们就说这是回调函数。

30.3.3 串口FIFO初始化

串口的初始化代码如下；

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: bsp_InitUart

* 功能说明: 初始化串口硬件，并对全局变量赋初值.

* 形    参: 无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

void bsp_InitUart(void)

{

UartVarInit(); /* 必须先初始化全局变量,再配置硬件 */

InitHardUart();    /* 配置串口的硬件参数(波特率等) */

RS485_InitTXE(); /* 配置RS485芯片的发送使能硬件，配置为推挽输出 */

}

下面将初始化代码实现的功能依次为大家做个说明。

  函数UartVarInit

这个函数实现的功能比较好理解，主要是串口设备结构体变量的初始化，代码如下：

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: UartVarInit

* 功能说明: 初始化串口相关的变量

* 形    参: 无

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

static void UartVarInit(void)

{

#if UART1_FIFO_EN == 1

g_tUart1.uart = USART1; /* STM32 串口设备 */

g_tUart1.pTxBuf = g_TxBuf1; /* 发送缓冲区指针 */

g_tUart1.pRxBuf = g_RxBuf1; /* 接收缓冲区指针 */

g_tUart1.usTxBufSize = UART1_TX_BUF_SIZE;      /* 发送缓冲区大小 */

g_tUart1.usRxBufSize = UART1_RX_BUF_SIZE;      /* 接收缓冲区大小 */

g_tUart1.usTxWrite = 0; /* 发送FIFO写索引 */

g_tUart1.usTxRead = 0; /* 发送FIFO读索引 */

g_tUart1.usRxWrite = 0; /* 接收FIFO写索引 */

g_tUart1.usRxRead = 0; /* 接收FIFO读索引 */

g_tUart1.usRxCount = 0; /* 接收到的新数据个数 */

g_tUart1.usTxCount = 0; /* 待发送的数据个数 */

g_tUart1.SendBefor = 0; /* 发送数据前的回调函数 */

g_tUart1.SendOver = 0; /* 发送完毕后的回调函数 */

g_tUart1.ReciveNew = 0; /* 接收到新数据后的回调函数 */

g_tUart1.Sending = 0; /* 正在发送中标志 */

#endif

    /* 串口2-8的初始化省略未写 */

}

  函数InitHardUart

此函数主要用于串口的GPIO，中断和相关参数的配置。

1. /* 串口1的GPIO  PA9, PA10   RS323 DB9接口 */

2. #define USART1_CLK_ENABLE()              __HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE()

3.

4. #define USART1_TX_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()

5. #define USART1_TX_GPIO_PORT              GPIOA

6. #define USART1_TX_PIN                    GPIO_PIN_9

7. #define USART1_TX_AF                     GPIO_AF7_USART1

8.

9. #define USART1_RX_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()

10. #define USART1_RX_GPIO_PORT              GPIOA

11. #define USART1_RX_PIN                    GPIO_PIN_10

12. #define USART1_RX_AF                     GPIO_AF7_USART1

13.

14. /* 串口2-8的引脚和时钟宏定义未写 */

15.

16. /*

17. ******************************************************************************************************

18. * 函 数 名: InitHardUart

19. * 功能说明: 配置串口的硬件参数（波特率，数据位，停止位，起始位，校验位，中断使能）适合于STM32-H7开

20. *              发板

21. * 形    参: 无

22. * 返 回 值: 无

23. ******************************************************************************************************

24. */

25. static void InitHardUart(void)

26. {

27. GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;

28. RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphClkInit;

29.

30. /* 

31.        下面这个配置可以注释掉，预留下来是为了方便以后选择其它时钟使用 

32.        默认情况下，USART1和USART6选择的PCLK2，时钟100MHz。

33.        USART2，USART3，UART4，UART5，UART6，UART7和UART8选择的时钟是PLCK1，时钟100MHz。

34.     */

35. RCC_PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_USART16;

36. RCC_PeriphClkInit.Usart16ClockSelection = RCC_USART16CLKSOURCE_D2PCLK2;

37. HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphClkInit);

38.

39. #if UART1_FIFO_EN == 1 /* 串口1 */

40. /* 使能 GPIO TX/RX 时钟 */

41. USART1_TX_GPIO_CLK_ENABLE();

42. USART1_RX_GPIO_CLK_ENABLE();

43.

44. /* 使能 USARTx 时钟 */

45. USART1_CLK_ENABLE();

46.

47. /* 配置TX引脚 */

48. GPIO_InitStruct.Pin       = USART1_TX_PIN;

49. GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;

50. GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLUP;

51. GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;

52. GPIO_InitStruct.Alternate = USART1_TX_AF;

53. HAL_GPIO_Init(USART1_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

54.

55. /* 配置RX引脚 */

56. GPIO_InitStruct.Pin = USART1_RX_PIN;

57. GPIO_InitStruct.Alternate = USART1_RX_AF;

58. HAL_GPIO_Init(USART1_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

59.

60. /* 配置NVIC the NVIC for UART */   

61. HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 1);

62. HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);

63.   

64. /* 配置波特率、奇偶校验 */

65. bsp_SetUartParam(USART1,  UART1_BAUD, UART_PARITY_NONE, UART_MODE_TX_RX);

66.

67. SET_BIT(USART1->ICR, USART_ICR_TCCF);   /* 清除TC发送完成标志 */

68. SET_BIT(USART1->RQR, USART_RQR_RXFRQ);  /* 清除RXNE接收标志 */

69. // USART_CR1_PEIE | USART_CR1_RXNEIE

70. SET_BIT(USART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE); /* 使能PE. RX接受中断 */

71. #endif

72. /* 串口2-8的初始化省略未写 */

73. }

  第2-12行，以宏定义的方式设置串口1-8的GPIO时钟、引脚和串口时钟，方便修改。

  第35-37行，这里的配置可以注释掉，预留下来仅仅是为了方便以后选择其它时钟使用。默认情况下，USART1和USART6选择的PCLK2，时钟100MHz。USART2，USART3，UART4，UART5，UART6，UART7和UART8选择的时钟是PLCK1，时钟100MHz。

  第61-62行，配置串口中断优先级并使能串口中断，用户可以根据实际工程修改优先级大小。

  第65行，配置串口的基本参数，具体配置在函数里面有注释。

/*

*********************************************************************************************************

* 函 数 名: bsp_SetUartParam

* 功能说明: 配置串口的硬件参数（波特率，数据位，停止位，起始位，校验位，中断使能）适合于STM32- H7开发板

* 形    参: Instance   USART_TypeDef类型结构体

*             BaudRate   波特率

*             Parity     校验类型，奇校验或者偶校验

*             Mode       发送和接收模式使能

* 返 回 值: 无

*********************************************************************************************************

*/

void bsp_SetUartParam(USART_TypeDef *Instance,  uint32_t BaudRate, uint32_t Parity, uint32_t Mode)

{

UART_HandleTypeDef UartHandle;

/*##-1- 配置串口硬件参数 ######################################*/

/* 异步串口模式 (UART Mode) */

/* 配置如下:

  - 字长    = 8 位

  - 停止位  = 1 个停止位

  - 校验    = 参数Parity

  - 波特率  = 参数BaudRate

  - 硬件流控制关闭 (RTS and CTS signals) */

UartHandle.Instance        = Instance;

UartHandle.Init.BaudRate   = BaudRate;

UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;

UartHandle.Init.StopBits   = UART_STOPBITS_1;

UartHandle.Init.Parity     = Parity;

UartHandle.Init.HwFlowCtl  = UART_HWCONTROL_NONE;

UartHandle.Init.Mode       = Mode;

UartHandle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;

UartHandle.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;