姓名：周崇杰? ?學(xué)號(hào)：16140120059? ? 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
轉(zhuǎn)載自：http://blog.csdn.net/andylfg/article/details/24393419，有刪節(jié)
【嵌牛導(dǎo)讀】：?jiǎn)纹瑱C(jī)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最關(guān)鍵的莫過(guò)于信息與數(shù)據(jù)，單片機(jī)最有用的通信工具莫過(guò)于串口，本文將會(huì)對(duì)STM32的串口以及其庫(kù)函數(shù)做出詳解。
【嵌牛鼻子】：STM32單片機(jī)，串口，庫(kù)函數(shù)
【嵌牛提問(wèn)】：數(shù)據(jù)傳輸時(shí)要從支持那些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)？傳輸?shù)乃俣龋渴裁磿r(shí)候開始？什么時(shí)候結(jié)束？傳輸?shù)膬?nèi)容？怎樣防止通信出錯(cuò)？數(shù)據(jù)量大的時(shí)候怎么弄？
【嵌牛正文】：
數(shù)據(jù)傳輸時(shí)要從支持那些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)？傳輸?shù)乃俣龋渴裁磿r(shí)候開始？什么時(shí)候結(jié)束？傳輸?shù)膬?nèi)容？怎樣防止通信出錯(cuò)？數(shù)據(jù)量大的時(shí)候怎么弄？硬件怎么連接出發(fā),當(dāng)然對(duì)于stm32還要熟悉庫(kù)函數(shù)的功能
具起來(lái)rs232和485電平的區(qū)別硬件外圍芯片，波特率（反映傳一位的時(shí)間），起始位和停止位，數(shù)據(jù)寬度，校驗(yàn)，硬件流控制，相應(yīng)連接電腦時(shí)的接口怎么樣的。配置，使用函數(shù)，中斷，查詢并結(jié)合通信協(xié)議才算了解了串口使用。
以上是基礎(chǔ)，當(dāng)然stm很多相關(guān)復(fù)用功能，支持同步單向通信和半雙工單線通信，支持局部互聯(lián)網(wǎng)、智能卡協(xié)議和紅外數(shù)據(jù)組織相關(guān)規(guī)范，以及調(diào)制解調(diào)器操作，運(yùn)行多處理器通信。同時(shí)可以使用DMA方式進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信。注意Print函數(shù)時(shí)間問(wèn)題，嘗試通過(guò)DMA解決。
特點(diǎn)：全雙工，異步，分?jǐn)?shù)波特率發(fā)生器好處是速度快，位數(shù)8或9為，可配置1或2停止位，Lin協(xié)議，可提供同步時(shí)鐘功能。
硬件上
一般2個(gè)腳，RX和TX;同步模式需要SCLK時(shí)鐘腳，紅外IRDA需要irDA_RDI腳作為數(shù)據(jù)輸入和irDA_TDO輸出。
奇偶校驗(yàn)通過(guò)usart_cr1pce位配置校驗(yàn)（發(fā)送生成奇偶位，接受時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)）
LIN局域互聯(lián)網(wǎng)模式：通過(guò)設(shè)置USART_CR2中LINEN位配置,使用的時(shí)候需要外加專門的收發(fā)器才可以
同步模式：通過(guò)設(shè)置USART_CR2中CLKEN位配置
智能卡模式：通過(guò)設(shè)置USART_CR3中SCEN位配置
DMA、硬件流控制作專門研究。
中斷有哪些事件？
發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空發(fā)送完成接受數(shù)據(jù)可讀奇偶校驗(yàn)錯(cuò)數(shù)據(jù)溢出CTS標(biāo)志 空閑標(biāo)志 斷開標(biāo)志 噪聲標(biāo)志
遺憾是沒(méi)有留有接受緩沖區(qū)，用查詢?nèi)菀讛?shù)據(jù)丟失
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
流程是時(shí)鐘配置---管腳配置(如重映射，管腳模式)----串口配置----中斷配置-----相應(yīng)中斷-----打開串口
上面是一些基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，下面從實(shí)際運(yùn)用來(lái)了解串口功能
比較簡(jiǎn)單些的應(yīng)用吧：對(duì)usart進(jìn)行初始化的工作
void COM1_Init( void)
{
//首先要初始化結(jié)構(gòu)體：少不了對(duì)于的引腳，忘不了usart,更牽掛著中斷的配置結(jié)構(gòu)體,定義空間來(lái)被涂鴉
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
//下面是對(duì)GPIO進(jìn)行涂鴉
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;//選擇管腳位
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//模式復(fù)用推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//選擇管腳位
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//模式為輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;//波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//8數(shù)據(jù)位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//1停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//無(wú)奇偶校驗(yàn)
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無(wú)數(shù)據(jù)流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;//收發(fā)模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
//使能串口中斷，并設(shè)置優(yōu)先級(jí)
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = USART1_IRQn_Priority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//將結(jié)構(gòu)體丟到配置函數(shù)，即寫入到對(duì)應(yīng)寄存器中
//USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
//所有的工作都做好了，最后別忘了打開串口
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
//USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);下面是中斷源
#define USART_IT_PE((uint16_t)0x0028)
#define USART_IT_TXE((uint16_t)0x0727)
#define USART_IT_TC((uint16_t)0x0626)
#define USART_IT_RXNE((uint16_t)0x0525)
#define USART_IT_IDLE((uint16_t)0x0424)
#define USART_IT_LBD((uint16_t)0x0846)
#define USART_IT_CTS((uint16_t)0x096A)
#define USART_IT_ERR((uint16_t)0x0060)
#define USART_IT_ORE((uint16_t)0x0360)
#define USART_IT_NE((uint16_t)0x0260)
#define USART_IT_FE((uint16_t)0x0160)
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以上是初始化配置，下面還要構(gòu)成最小的運(yùn)用，就舉例輸出函數(shù)吧
void PrintUart1(const u8 *Str)
{
while(*Str)
{
USART_SendData(USART1, (unsigned char)*Str++);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
}
發(fā)送字符是通過(guò)查詢字符串的狀態(tài)來(lái)來(lái)不斷的發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。
接受數(shù)據(jù)是通過(guò)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的，把接受的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)，來(lái)實(shí)現(xiàn)。有包含協(xié)議以后細(xì)講。
想玩電腦串口傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)printf()來(lái)直接在電腦窗口顯示是不是很爽？在usart.c函數(shù)中加入
//不使用半主機(jī)模式
#if 1 //如果沒(méi)有這段，則需要在target選項(xiàng)中選擇使用USE microLIB
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;
_sys_exit(int x)
{
x = x;
}
#endif
int fputc(int ch, FILE *f)
{
USART_SendData(USART1, (unsigned char)ch);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return ch;
}
上面數(shù)據(jù)來(lái)源可以通過(guò)串口，通過(guò)usb,通過(guò)無(wú)線等等。。。
printf函數(shù)有個(gè)缺陷，就是花費(fèi)的時(shí)間太多了（毫秒級(jí)），總不至于讓CPU等幾個(gè)毫秒就來(lái)顯示串口吧，那再好的CPU也就費(fèi)了，那腫么辦？可以用DMA!!直接讓其它硬件來(lái)傳這些粗糙的工作。CPU玩重點(diǎn)的其它的活！
先接著講好串口接受，再說(shuō)這個(gè)DMA,在固件庫(kù)里面有個(gè)文件是專門用來(lái)放中斷處理函數(shù)的
里面有個(gè)函數(shù)
void USART1_IRQHandler(void)
{
static u8 UartBuf[UART_BUF_LEN];//串口緩沖
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
temp=USART_ReceiveData(USART1);
..............下面就是一些處理，可以用狀態(tài)機(jī)模式來(lái)玩，直到填充好串口緩沖數(shù)據(jù)，并校驗(yàn)正確，不多說(shuō)
}
}
上面是典型的中斷處理函數(shù)，結(jié)合狀態(tài)機(jī)功能就強(qiáng)大了。講到操作系統(tǒng)還要進(jìn)一步的學(xué)會(huì)運(yùn)用。
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通過(guò)上面的學(xué)習(xí)相信對(duì)基本的串口操作有了比較深入的理解了，前面提到printf太慢，這里需要一些改進(jìn)。
考慮到真正執(zhí)行串口輸出(用DMA其實(shí)在幾毫秒后完成)比執(zhí)行完pruntf（立即完成）這個(gè)時(shí)間點(diǎn)晚個(gè)幾毫秒對(duì)實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)沒(méi)有任何影響，因此CPU可以在嘀嗒中斷中指揮DMA模塊完成串口輸出的任務(wù)。（其實(shí)對(duì)系統(tǒng)還是有些影響的宏觀講，串口輸出的數(shù)據(jù)其實(shí)很少，在大河中放入一杯水，幾乎可以忽略不計(jì)的）
再解決怎么分配：
定義兩個(gè)全局緩存區(qū)
其中一個(gè)緩存區(qū)以循環(huán)隊(duì)列的形式組織，每次執(zhí)行fputc時(shí)向其隊(duì)尾加入一個(gè)元素。
另一個(gè)緩存區(qū)直接以數(shù)組的形式組織，作為DMA的源地址。
在嘀嗒中斷中按下列順序完成對(duì)DMA的操作
(1)判斷循環(huán)隊(duì)列是否為空，如果為空說(shuō)明當(dāng)前沒(méi)有字符串需要通過(guò)串口輸出直接跳至(6)
(2)判斷DMA是否正在工作，如果DMA正在工作說(shuō)明上次分配的任何沒(méi)干完直接跳至(6)
(3)從循環(huán)隊(duì)列出隊(duì)N個(gè)字符到數(shù)組緩存
(4)告訴DMA本次需傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)N
(5)命令DMA開始傳輸
(6)結(jié)束操作
補(bǔ)充:
1.N的確定方法:若循環(huán)隊(duì)列中元素的個(gè)數(shù)大于或等于數(shù)組緩存區(qū)的長(zhǎng)度(固定值),則將數(shù)組緩存區(qū)的
長(zhǎng)度賦給N，若循環(huán)隊(duì)列中元素的個(gè)數(shù)小于數(shù)組緩存區(qū)的長(zhǎng)度則將循環(huán)隊(duì)列元素的個(gè)數(shù)賦給N
2.循環(huán)隊(duì)列開辟得越大，能緩存的字符串就越多，因此是越大越好.
3.數(shù)組緩存區(qū)并不是開辟的越大越好，這個(gè)值可以做如下的計(jì)算得出，假設(shè)波特率為115200嘀嗒中斷
的周期為2毫秒則在這2毫秒時(shí)間內(nèi)理論上最多可傳115200*0.002/10=23個(gè)字節(jié)。因此把數(shù)組緩存區(qū)
的大小定到比23稍小一點(diǎn)即可，比如定為20.
代碼可正常運(yùn)行。經(jīng)測(cè)試使用新方案printf一個(gè)包含了二十個(gè)字符的字符串只需要25微秒的CPU耗時(shí)，
而老方案則需要1.76毫秒的CPU耗時(shí)。從而可以放心的使用printf調(diào)試一些時(shí)序要求較高的函數(shù)了，
另外因?yàn)閳?zhí)行時(shí)間段從而printf被重入的概率大大減小。如果需要徹底防止printf被重入的話，可在調(diào)用printf之前關(guān)中斷，在printf執(zhí)行完之后開中斷，代價(jià)也僅是可能發(fā)生的幾十微秒的中斷延時(shí)而已。
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下面講一講我對(duì)DMA的理解
stm32DMA有8通道，0---7
既然DMA傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，當(dāng)然有數(shù)據(jù)的寬度了，這需要配置。另外還要有地址吧，從哪個(gè)地址開始傳，還有傳到哪個(gè)地址，需要配置。還有傳輸普通的就直接傳完就好了，如果要高速不斷循環(huán)傳輸，這也可以配置。還有從ROM直接快速的加載到RAM（反過(guò)來(lái)不可以）也可以的。
之上就是一些基本需要配置的工作
DMA_DeInit(DMA1_Channel4);
上面這句是給DMA配置通道，根據(jù)ST提供的資料，STM3210Fx中DMA包含7個(gè)通道
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&((USART_TypeDef *)USART1)->DR);
上面是設(shè)置外設(shè)地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t) USART_DMA_BUF;
上面這句很顯然是DMA要連接在Memory中變量的地址，上面設(shè)置存儲(chǔ)器地址；
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
上面的這句是設(shè)置DMA的傳輸方向，就如前面我所說(shuō)的，從存儲(chǔ)器到外設(shè)，也可以從外設(shè)到存儲(chǔ)器，：把DMA_DIR_PeripheralSRC改成DMA_DIR_PeripheralDST即可。
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 0;
上面的這句是設(shè)置DMA在傳輸時(shí)緩沖區(qū)的長(zhǎng)度，前面有定義過(guò)了buffer的起始地址：為了安全性和可靠性，一般需要給buffer定義一個(gè)儲(chǔ)存片區(qū)，這個(gè)參數(shù)的單位有三種類型：Byte、HalfWord、word，我設(shè)置的2個(gè)half-word(見(jiàn)下面的設(shè)置)；32位的MCU中1個(gè)half-word占16 bits。
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
上面的這句是設(shè)置DMA的外設(shè)遞增模式，如果DMA選用的通道（CHx）有多個(gè)外設(shè)連接，需要使用外設(shè)遞增模式：DMA_PeripheralInc_Enable;我的例子選用DMA_PeripheralInc_Disable
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
上面的這句是設(shè)置DMA的內(nèi)存遞增模式，DMA訪問(wèn)多個(gè)內(nèi)存參數(shù)時(shí)，需要使用DMA_MemoryInc_Enable，當(dāng)DMA只訪問(wèn)一個(gè)內(nèi)存參數(shù)時(shí)，可設(shè)置成：DMA_MemoryInc_Disable。
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
上面的這句是設(shè)置DMA在訪問(wèn)時(shí)每次操作的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。有三種數(shù)據(jù)長(zhǎng)度類型，前面已經(jīng)講過(guò)了，這里不在敘述。
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
與上面雷同。在此不再說(shuō)明。
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
上面的這句是設(shè)置DMA的傳輸模式：連續(xù)不斷的循環(huán)模式，若只想訪問(wèn)一次后就不要訪問(wèn)了（或按指令操作來(lái)反問(wèn)，也就是想要它訪問(wèn)的時(shí)候就訪問(wèn)，不要它訪問(wèn)的時(shí)候就停止），可以設(shè)置成通用模式：DMA_Mode_Normal
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Low;
上面的這句是設(shè)置DMA的優(yōu)先級(jí)別：可以分為4級(jí)：VeryHigh，High,Medium,Low.
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
上面的這句是設(shè)置DMA的2個(gè)memory中的變量互相訪問(wèn)的
DMA_Init(DMA_Channel1,&DMA_InitStructure);
前面那些都是對(duì)DMA結(jié)構(gòu)體成員的設(shè)置，在次再統(tǒng)一對(duì)DMA整個(gè)模塊做一次初始化，使得DMA各成員與上面的參數(shù)一致。
DMA_Cmd(DMA_Channel1,ENABLE);
ok上面的配置工作完成了，相當(dāng)于設(shè)定了一根管道通過(guò)DMA把緩沖區(qū)中要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口中。當(dāng)然要使得DMA與usart1相連接，在usart1中還要把usart的DMA功能打開：USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Tx, ENABLE);接著在程序中只需要監(jiān)控，數(shù)據(jù)發(fā)送的狀態(tài)，并適時(shí)的打開或關(guān)閉DMA，留著下一次的串口發(fā)送用。
函數(shù)重載的printf()函數(shù)如下
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while(En_Usart_Queue(ch)==-1);
return ch;
}
起始就是往環(huán)形緩沖區(qū)中添加要串口打印的數(shù)據(jù)，這個(gè)動(dòng)作是比較快的。因?yàn)閏pu直接移動(dòng)數(shù)據(jù)很快，而通過(guò)cpu來(lái)操作串口，等待收獲反映，有個(gè)while(..)是比較慢得，故有幾個(gè)毫秒的延時(shí)。現(xiàn)在好了，cpu ,通過(guò)printf只是移動(dòng)數(shù)據(jù)到了緩沖區(qū)，緩沖區(qū)在一定的時(shí)候，cpu指揮dma來(lái)開始接下來(lái)的操作，然后dma操作，cpu接著做其他的事情，僅僅只要在下次空閑的時(shí)候來(lái)查一下dma有木有傳輸完成，或者有沒(méi)有傳輸錯(cuò)誤，并改變環(huán)形隊(duì)列首位的位置，以及更改相應(yīng)的狀態(tài)就可以了。這樣可以大大的節(jié)省很多的時(shí)間哦。
環(huán)形隊(duì)列的結(jié)構(gòu)，大家可以看一些算法，不是很難的。
下面是運(yùn)行過(guò)程中，cpu操作查詢的函數(shù)。
void DMA_USART_Handler(void){
u16 num=0;
s16 read;
if(DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4)==0){ //檢查DMA是否完成傳輸任務(wù)
DMA_Cmd(DMA1_Channel4, DISABLE);
while((read=De_Usart_Queue())!=-1){
USART_DMA_BUF[num]=read;
num++;
if(num==USART_DMA_BUF_SIZE)
break;
}
if(num>0){
((DMA_Channel_TypeDef *)DMA1_Channel4)->CNDTR = num;//數(shù)量寄存器清零
DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);
}
}
}
