GD32實戰(zhàn)6__串口讀寫

印度阿三17 2019-06-13

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目的

? 串口通信是非常非常常見的一種通信方式，必須掌握的?？梢詮娜缦聨讉€方面掌握串口通信：

串口通信原理，此處我們只研究異步串口
GD32常見的幾種串口通信配置

異步串口通信原理

1. 配置

? 在了解原理之前，我們先看看串口要如何使用，如下圖，只要選擇正確的串口號，把收發(fā)雙方的波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位配置成一致，這么就可以實現(xiàn)雙方通信。

在這里插入圖片描述

那么配置的這些參數(shù)分別代表什么意思呢？

串口號：唯一標(biāo)識一個串口，當(dāng)設(shè)備存在多個串口時，可以用其標(biāo)識每個串口。

波特率：每秒鐘傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)。表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，單位bps（位每秒）。比如115200bps就表示1s可以傳輸115200bits的數(shù)據(jù)。

校驗位:

? even 每個字節(jié)傳送整個過程中bit為1的個數(shù)是偶數(shù)個（校驗位調(diào)整個數(shù)）
? odd 每個字節(jié)穿送整個過程中bit為1的個數(shù)是奇數(shù)個（校驗位調(diào)整個數(shù)）
? none 沒有校驗位
? space 校驗位總為0
? mark 校驗位總為1

數(shù)據(jù)位：5678共4個選擇，這是歷史原因，如下

? 5：用于電報機(jī)傳26個英文字母，5位足以

? 6：用于電報機(jī)，識別大小寫字母，增加一個大小寫位

? 7：用于電腦，ASCII碼7位

? 8：用于電腦，DBCS碼用于兼容ASCII和支持中文雙字節(jié)

停止位：

? 停止位是按長度來算的。串行異步通信從計時開始，以單位時間為間隔（一個單位時間就是波特率的倒數(shù)），依次接受所規(guī)定的數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位，并拼裝成一個字符的并行字節(jié)；此后應(yīng)接收到規(guī)定長度的停止位“1”。所以說，停止位都是“1”，1.5是它的長度，即停止位的高電平保持1.5個單位時間長度。一般來講，停止位有1，1.5，2個單位時間三種長度。

2. 幀格式

? 下面我們看下串行協(xié)議的幀格式，如圖

在這里插入圖片描述

一個幀由4部分組成，起始位數(shù)據(jù)位校驗位停止位，正好跟上面的配置一一對應(yīng)，其中，起始位必須是低電平，停止位必須是高電平。

至此，也大致明白串口是怎么回事了。

3. 常見的串口電平標(biāo)準(zhǔn)

? 下面幾種都是串口，只是電平標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致其應(yīng)用場景存在差異，通信協(xié)議和配置都是相同的，通信原理是相同的，軟件實現(xiàn)相同，硬件電路存在差異。

TTL：

接線方式如圖
高電平表示邏輯1，低電平表示邏輯零
```
 ![1536645105294](assets/1536739271596.png)
```

RS232和RS485對比

抗干擾性：RS485 接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾性好。RS232 接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾。
傳輸距離：RS485 接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 1200 米（9600bps 時），實際上可達(dá) 3000 米。RS232 傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為 50 米，實際上也只能用在 15 米左右。
通信能力：RS-485 接口在總線上是允許連接多達(dá)128個收發(fā)器，用戶可以利用單一的 RS-485 接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。RS-232只允許一對一通信。
傳輸速率：RS-232傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為 20Kbps。RS-485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps 。
信號線：RS485 接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根信號線。RS-232 口一般只使用 RXD、TXD、GND 三條線。
電氣電平值：RS-485的邏輯"1"以兩線間的電壓差為（2-6） V 表示；邏輯"0"以兩線間的電壓差為-（2-6）V 表示。在 RS-232-C 中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯"1"，-5- -15V；邏輯"0 " 5- 15V 。

4. 芯片如何實現(xiàn)串口功能

? 在這里插入圖片描述

? 我們知道串口的作用是為CPU和其它設(shè)備之間提供通信，本質(zhì)上是把數(shù)據(jù)從其他設(shè)備搬移到自身MCU的內(nèi)存中去，如上圖，MCU為實現(xiàn)串口功能會做如上的模塊劃分。

GPIO

串口總線狀態(tài)，默認(rèn)是高電平，所以Tx應(yīng)該是上拉輸出，Rx應(yīng)該是浮空輸入。
移位器

我們知道串口是一位位傳輸?shù)?，所以移位器即可以實現(xiàn)串口的收發(fā)。
數(shù)據(jù)寄存器

用于存儲將要發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)，其實只要收發(fā)共用一個字節(jié)就足以。
時鐘

上述的運(yùn)行過程都需要在固定時鐘下才能正確運(yùn)行，例如波特率。
數(shù)據(jù)由寄存器搬移到內(nèi)存
1. CPU方式，由CPU控制數(shù)據(jù)如何在數(shù)據(jù)寄存器和內(nèi)存之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，例如當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器空時，將內(nèi)存轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)寄存器中，即發(fā)送過程
2. DMA方式，過程同CPU，那為什么還有有DMA呢？因為數(shù)據(jù)搬移省去CPU的參與，也就意味著CPU可以去忙其它事情，效率自然就高了。
狀態(tài)寄存器
1. 我們粗略的思考下，在整個串口的傳輸過程中，肯定會有各式各樣的狀態(tài)，例如，收到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)異常，幀錯誤，數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，數(shù)據(jù)寄存器空了等等，這些都需要狀態(tài)寄存器存儲。
2. 再深入思考下，當(dāng)我們需要及時的處理上述狀態(tài)時，靠CPU輪詢顯然太慢了，所以肯定需要中斷，再增加一組中斷狀態(tài)寄存器。
配置寄存器

? 上述情況那么多，代表不同的配置，肯定需要幾組配置寄存器。例如，中斷的使能控制等

功能設(shè)計

? 如果明白了原理，那么自然就知道該如何配置一個串口了，無非就是從芯片手冊中找到相應(yīng)的寄存器進(jìn)行配置而已。

? 在”串口發(fā)送“例子中，已經(jīng)接觸了串口的發(fā)送功能，現(xiàn)在我們把這個例子再度深入，實現(xiàn)串口的接收功能。實現(xiàn)一個回顯功能，即PC通過串口向GD32寫入數(shù)據(jù)，然后GD32把數(shù)據(jù)原封不動返回給PC。

輪詢方式

VOID DRV_UART1_PollTest(VOID)
{
    U8 ch = 0;
    
    while (1)
    {
        if (USART_GetBitState(USART1, USART_FLAG_RBNE) != RESET)
        {
            ch = (U8)USART_DataReceive(USART1);
            UART1_SendChar(ch);
        }
    }
}

VOID DRV_UART1_PollInit(VOID)
{
    UART1_GpioInit();
    UART1_Config();
    USART_Enable(USART1, ENABLE);
}

效果如圖

在這里插入圖片描述

中斷方式

注：中斷優(yōu)先級部分，我會抽單獨(dú)章節(jié)分析。

必須注意下面這兩個函數(shù)的區(qū)別，

USART_GetBitState(USART1, USART_FLAG_RBNE)； /* 非中斷使用 */
USART_GetIntBitState(USART1, USART_INT_RBNE);/* 中斷內(nèi)使用 */

中斷方式處理代碼如下：

VOID USART1_IRQHandler(VOID)
{
    if (USART_GetIntBitState(USART1, USART_INT_RBNE) != RESET)
    {
        if (gUart1RxCount >= DRV_UART1_BUFLEN)
        {
            memset(gUart1RxBuf, 0, sizeof(gUart1RxBuf));
            gUart1RxCount = 0;
        }
        gUart1RxBuf[gUart1RxCount] = (U8)USART_DataReceive(USART1);
        gUart1RxCount  ;
    }

    if (USART_GetIntBitState(USART1, USART_INT_IDLEF) != RESET)
    {
        gUart1RxBufFlag  ;
    }
}

VOID DRV_UART1_InterruptTest(VOID)
{
    U8 rxCount = 0;

    while (1)
    {
        if (gUart1RxBufFlag > 0)
        {
            for (rxCount = 0; rxCount < gUart1RxCount; rxCount  )
            {
                UART1_SendChar(gUart1RxBuf[rxCount]);
            }
            memset(gUart1RxBuf, 0, sizeof(gUart1RxBuf));
            gUart1RxCount = 0;
            gUart1RxBufFlag = 0;
        }
    }
}

VOID DRV_UART1_InterruptInit(VOID)
{
    UART1_GpioInit();
    UART1_Config();
    UART1_NvicConfiguration();
    USART_Enable(USART1, ENABLE);
    USART_INT_Set(USART1, USART_INT_RBNE, ENABLE);
    USART_INT_Set(USART1, USART_INT_IDLEF, ENABLE);
}

DMA方式

? 注：DMA細(xì)節(jié)我會抽單獨(dú)章節(jié)分析，此處只寫一個DMA輪詢方式的例子。

static VOID UART1_DmaRxConfig(IN U8 *buf, IN U32 len)
{
    DMA_InitPara DMA_InitStructure;
    
    DMA_Enable(DMA1_CHANNEL5, DISABLE);
    
    /* USART1 RX DMA1 Channel (triggered by USART1 Rx event) Config */
    DMA_DeInit(DMA1_CHANNEL5);
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (U32) &(USART1->DR);
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (U32)buf;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PERIPHERALSRC;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = len;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PERIPHERALINC_DISABLE;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MEMORYINC_ENABLE;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PERIPHERALDATASIZE_BYTE;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MEMORYDATASIZE_BYTE;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_MODE_NORMAL;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_PRIORITY_VERYHIGH;
    DMA_InitStructure.DMA_MTOM = DMA_MEMTOMEM_DISABLE;
    DMA_Init(DMA1_CHANNEL5, &DMA_InitStructure);
    DMA_Enable(DMA1_CHANNEL5, ENABLE);
}

VOID DRV_UART1_DmaInit(VOID)
{
    UART1_GpioInit();
    UART1_Config();
    RCC_AHBPeriphClock_Enable(RCC_AHBPERIPH_DMA1, ENABLE);
    UART1_DmaRxConfig(gUart1RxBuf, DRV_UART1_BUFLEN);
    USART_Enable(USART1, ENABLE);
    USART_DMA_Enable(USART1, (USART_DMAREQ_TX | USART_DMAREQ_RX), ENABLE);
}

static VOID UART1_DmaSend(IN U8 *buf, IN U32 len)
{
    DMA_InitPara DMA_InitStructure;

    DMA_Enable(DMA1_CHANNEL4, DISABLE);

    /* USART1_Tx_DMA_Channel (triggered by USART1 Tx event) Config */
    DMA_DeInit(DMA1_CHANNEL4);
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (U32) &(USART1->DR);
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (U32)buf;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PERIPHERALDST;
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = len;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PERIPHERALINC_DISABLE;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MEMORYINC_ENABLE;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PERIPHERALDATASIZE_BYTE;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MEMORYDATASIZE_BYTE;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_MODE_NORMAL;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_PRIORITY_VERYHIGH;
    DMA_InitStructure.DMA_MTOM = DMA_MEMTOMEM_DISABLE;
    DMA_Init(DMA1_CHANNEL4, &DMA_InitStructure);
    
    DMA_Enable(DMA1_CHANNEL4, ENABLE);
    while (DMA_GetBitState(DMA1_FLAG_TC4) == RESET)
    {
    }
}

VOID DRV_UART1_DmaTest(VOID)
{
    while (1)
    {
        if (USART_GetBitState(USART1, USART_FLAG_IDLEF) != RESET)
        {
            UART1_DmaSend(gUart1RxBuf, DRV_UART1_BUFLEN);
            memset(gUart1RxBuf, 0, DRV_UART1_BUFLEN);
            UART1_DmaRxConfig(gUart1RxBuf, DRV_UART1_BUFLEN);
            USART_DataReceive(USART1); /* 清除USART_FLAG_IDLEF */
        }
    }
}