一种STM32的串口控制平台的实现

2019-7-6 12:57

1. 前言

玩过Linux的朋友, 是不是对Linux无所不能的串口Shell命令控制台羡慕不已, 要是自己做的STM32F系列低档次的MCU也有这种控制交互能力, 会给调试/维护和配置省下多少麻烦事呀, 比如启动/关闭调试或自检模式, 打印调试信息, 配置系统参数, 传输文件等等, 也有相当多的朋友凭借自己出色的编程能力可以实现这些功能, 这里提出我的这个解决方案, 以作交流.
本平台(xc_shell)具备以下性能特点:
1) 大量主要代码, 和具体硬件无关, 移植性强,代码文件少.
2) 只有在处理用户的输入命令时, 才占用CPU资源, 且代码可裁剪到1KB SRAM和4KB Flash;
3) 用户可以非常灵活的添加按模板编写的命令脚本文件, 自定义扩张能力强.
4) 支持操作系统和非操作系统两种场景应用.
5) 支持Ymodem文件传输协议
6) 支持将Flash的扇区开辟为参数区, 可实现本地/远程升级。
7) 实用Led灯信号管理, 可将65535虚拟信号灯选择输出到1个实体LED灯上, 调试时序和状态非常有用
8) 拥有基础的LED管理, 调试模式设置, 命令帮助指令, 复位指令等基础功能
功能越多设计会越复杂, 为了解释清楚代码, 先向大家解释一下以上功能的基础实现原理，并提供一个最小的的源码工程。

2019-7-6 12:57

2. xc_shell平台介绍
2.1 如何实现硬件无关
类比Linux会发现, 设备的硬件接口往往会被虚拟成一个文件(驱动), 而Linux内核完全与硬件系统无任何字节关联, 不同平台驱动不同而已, 故而本xc_shell的串口驱动也采用了相似的思路:
1) 串口驱动用一个结构体描述, 这样只需在xc_shell.c中用指针指向这个TTYx_HANDLE结构体对象就可以将串口(tty)硬件与内核联系在一起, 聪明的朋友可能会想到, 假如我将带网络的开发板按此结构体,虚拟一个TTY对象, 岂不是就可以实现一个网络远程控制台了! 这点确实是可以的!
2）当然诸如多TTY串口实现接口互换等，都是一个指针和step2中的注入回调处理交换的问题。
3）用户在使用api_TxdFrame或api_TxdByte时”bsp_ttyX.c“，会驱动具体MCU的串口将数据发送出去，收到一帧数据后，若用户设置了inj_RcvFrame回调处理方法，则会在中断中执行用户的回调处理。

2019-7-6 12:58

/*---------------------*
*    指正函数定义
*----------------------*/
typedef void (*pvFunDummy)(void);

//输入整行,输出逻辑
typedef void (*pvFunVoid) (void);
typedef void (*pvFunBool) (bool    bVal);
typedef void (*pvFunChar) (uint8_t  cVal);
typedef void (*pvFunShort)(uint16_t sVal);
typedef void (*pvFunWord) (uint32_t wVal);

//输入整行,输出逻辑
typedef bool (*pbFunVoid) (void);
typedef bool (*pbFunBool) (bool    bVal);
typedef bool (*pbFunChar) (uint8_t  cVal);
typedef bool (*pbFunShort)(uint16_t sVal);
typedef bool (*pbFunWord) (uint32_t wVal);

//输入整形指针,输出逻辑
typedef bool (*pbFun_pVoid) (void * pVoid);
typedef bool (*pbFun_pChar) (uint8_t  * pStr);
typedef bool (*pbFun_pShort)(uint16_t * pShor);
typedef bool (*pbFun_pWord) (uint32_t * pWord);

//输入数据帧,输出逻辑
typedef bool (*pbFun_Buffx)(void * pcBuff, uint16_t len );
typedef bool (*pbFun_Bytex)(uint8_t * pcByte, uint16_t len );
/*---------------------*
* TTYx 句柄结构
*----------------------*/
typedef struct TTYx_HANDLE_STRUCT
{
const char  * const name;    //驱动器名
const uint16_t    rxSize;    //接收大小
const uint16_t    txSize;    //发送大小

//------------------------------------------------------
//step1: 用户可用API
const pvFunWord    init;          //初始化.
const pbFun_Bytex api_TxdFrame; //发送数据帧. (发送帧)
const pbFunChar    api_TxdByte; //发送数据字节

//------------------------------------------------------
//step2: 注入回调函数
pbFun_Bytex       inj_RcvFrame; //(ISR)接收数据帧. (接收帧)
pvFunDummy       inj_TxdReady; //(ISR)发送完毕回调

//------------------------------------------------------
//step3: 接收回调函数
struct TTYx_HANDLE_STRUCT * pvNext; //连接到下一个指令
}TTYx_HANDLE;

2019-7-6 12:58

2) 可注入的命令脚本（CLI）实现
命令CLI也是一个结构体对象：
/*---------------------*
*    CLI指令
*----------------------*/
typedef struct
{
const char * const  pcCmdStr;       //指令字符串(只能为小写字母)
const char * const  pcHelpStr;       //指令描述,必须以:"\r\n结束". 比如:"help: Returns a list\r\n".
const pFunHook    pxCmdHook;       //指向回调函数的指针,处理成功返回真否者返回0;
uint8_t          ucExpParam;       //指令期望的参数个数
const MEDIA_HANDLE *phStorage;    //指向存储介质,没有的话填充NULL
}Cmd_Typedef_t;

2019-7-6 12:58

各位朋友可能会使用到非常多的自定义CLI命令，格式诸如这个网卡的命令：
const Cmd_Typedef_t CLI_WizMsg=
{
//识别关键字
.pcCmdStr = "wiz",
//帮助内容
.pcHelpStr  =
"[WIZ contorls]\r\n"
" wiz help\r\n"
" wiz rd info\r\n"
" wiz reset\r\n"
" wiz wr ip <D0>.<D1>.<D2>.<D3>\r\n"
" wiz wr mask <D0>.<D1>.<D2>.<D3>\r\n"
" wiz wr way <D0>.<D1>.<D2>.<D3>\r\n"
" wiz wr mac <H0>-<H1>-<H2>-<H3>-<H4>-<H5>\r\n"
" wiz wr port <udp> <bak> <vol> <pic>\r\n"
" wiz wr sip <D0>.<D1>.<D2>.<D3> <port>\r\n"
" wiz wr cip <D0>.<D1>.<D2>.<D3> <port>\r\n"
" wiz load default\r\n"
"[WIZ Test mode]\r\n"
" wiz loop open\r\n"
" wiz loop close\r\n"
"\r\n",

//处理函数
.pxCmdHook  = &Shell_WIZ_Service,       //见实体函数

//附带数据
.ucExpParam = 0,

  #ifdef SHELL_USE_YMODEM
//存储介质
.phStorage  = NULL,
  #endif
};
/*---------------------*
*    CLI 链表节
*----------------------*/
Cmd_List_t  WizList = { &CLI_WizMsg, NULL,}; //Shell指令的头
如配置IP地址输入“wiz wr ip 192.168.1.250\r\n”则可以了

2019-7-6 12:59

3. 环境准备
3.1 硬件开发环境
STM32F103系列开发板一块，带USART1接口。
USB转串口线一根。
3.2 软件开发环境
MDK4.72或以上
SecureCRT串口超级终端

2019-7-6 12:59

3.3 软件配置在xc_shell使用“/r/n”作为命令的结束符，而SecureCRT按下Enter不是输入“/r/n”故而需要按下图设置：
此外在《终端》/仿真/高级中选取【本地回显】

2019-7-6 12:59

4. 代码介绍
4.1 目录结构
□ XC_SHELL
├──┬── BSP_LIB BSP库，硬件相关驱动代买
│  ├──── bsp_ledx.c 基础LED驱动
│  └──── bsp_tty0.c 调试串口驱动
│
├──┬──MDK-ARM    工程文件
│  └──── Project.uvproj
│
├──┬──SHELL_CFG SHELL配置头文件
│  └──── user_eval.h
│
├──┬──SHELL_CORE  SHELL内核文件
│  ├──── xc_shell.c SHELL内核文件
│  ├──── xc_ymodem.c  Ymodem传输协议（默认关闭，在xc_shell.h中启动）
│  ├──── xc_iap.c    Flash的IAP操作，需要bsp_flash.c驱动支持
│  └──── shell_iap.c  shell的用户脚本模板
│
├──┬──SHELL_INC SHELL头文件
│  ├──── bsp_type.h 驱动结构定义
│  ├──── xc_shell.h SHELL头文件
│  └──── xconfig.h 硬件无关配置文件
│
├──┬──STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0  STM32的标准外设库
│  └──── ......
│
└──┬──USER       用户文件
├─ .....
└──── main.c       main文件

2019-7-6 12:59

4.2 工程设置要点1）设置使用微库：

2019-7-6 13:00

2）配置包含和路径，注意使用了“--c99”标准，如图

3）编译工程，无错误警告后烧写程序到开发板运行。

2019-7-6 13:00

4.3 最终效果按图输入一下指令，SHELL平台会回复相关信息。其中输入“led set 0=1”会将信号1分配到物理LED0上；输入“led set 0=2”会将信号2分配到物理LED0上。这样用户编写程序代码时相当于拥有了超级多的LED信号可用，调试时序非常有用。

2019-7-6 13:00

5. 添加自己的指令脚本
5.1 源代码示例
假设我要编写一个自己的指令脚本，来读取MCU的关键信息，关键字为mcu，文件命名为shell_mcu.c；当输入“mcu rd 0”时显示MCU的FLASH大小，输入“mcu rd 1”时读取MCU的唯一ID信息。
shell_mcu.c源代码：
/*********************************Copyright (c)*********************************
**
**                               FIVE工作组
**
**---------------------------------File Info------------------------------------
** File Name:             shell_mcu.c
** Last modified Date:    2017/9/17 15:13:57
** Last Version:          V1.0
** Description:          shell测试
**
**------------------------------------------------------------------------------
** Created By:             wanxuncpx
** Created date:          2017/9/17 15:14:08
** Version:                V1.0
** Descriptions:          none
**------------------------------------------------------------------------------
** HW_CMU:                STM32F103
** Libraries:             STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0
** version                V3.5
*******************************************************************************/

/******************************************************************************
更新说明:
******************************************************************************/

/******************************************************************************
*********************************  编译控制 ********************************
******************************************************************************/
#define MCU_SHELL             //注释掉时屏蔽iap shell功能

#include "xc_shell.h"    //Shell支持文件,含bool,uint8_t..以及串口数据收发操作
/******************************************************************************
********************************* 文件引用部分 ********************************
******************************************************************************/
/*---------------------*
*    模块驱动引用
*----------------------*/
//#include "net_w5500.h"

#ifdef MCU_SHELL
/******************************************************************************
********************************** Shell实例 **********************************
******************************************************************************/
/*---------------------*
*    CLI指令服务
*----------------------*/
extern bool Shell_MCU_Service(void * pcBuff, uint16_t len );

/*---------------------*
*    CLI 结构
*----------------------*/
const Cmd_Typedef_t CLI_McuMsg=
{
//识别关键字
"mcu",

//帮助内容
"[mcu contorls]\r\n"
" mcu rd <d>\t\t- Read FLASH information.\r\n"
"\r\n",

//处理函数
&Shell_MCU_Service,

//附带数据
0,
  #ifdef SHELL_USE_YMODEM
//存储介质
NULL,
  #endif
};

/*---------------------*
*    CLI链表节(输出)
*----------------------*/
Cmd_List_t  McuList  = {&CLI_McuMsg    ,NULL}; //IAP指令链表

/******************************************************************************
********************************* 函数声明 *********************************
******************************************************************************/

2019-7-6 13:01

/******************************************************************************
/ 函数功能:STM32F103控制函数
/ 修改日期:2015/7/14 20:22:02
/ 输入参数:none
/ 输出参数:none
/ 使用说明:需要执行约10s
******************************************************************************/
static bool FLASH_ioctl(uint8_t cmd,void * param)
{
#define UID_ADDR          0x1FFFF7E0  //闪存容量寄存器,值对应KB单位
#define MAC_ADDR          0x1FFFF7E8  //MCU的唯一ID号,共12个字节
#define UID_SIZE          2          //UID的字节数
#define MAC_SIZE          12       //MAC的字节数

//step1: 检查参数
if(!param)return false;

//step2: 处理数据
switch(cmd){
   case 0 : {    //获取FLASH的的UID
      uint16_t * ptDst = (uint16_t *)((uint32_t)param+1);

      *ptDst = *(uint16_t *)UID_ADDR;
      *(uint8_t  *)param =  UID_SIZE;
      return true;
   }
   case 1 : {    //获取芯片的MAC地址
      uint32_t * ptDst = (uint32_t *)((uint32_t)param+1);
      uint32_t * ptSrc = (uint32_t *)MAC_ADDR;

      *ptDst++ = *ptSrc++;
      *ptDst++ = *ptSrc++;
      *ptDst++ = *ptSrc++;
      *(uint8_t  *)param = MAC_SIZE;
      return true;
   }
   default:return false;
}
}

2019-7-6 13:01

/******************************************************************************
/ 函数功能:文件系统Shel指令处理
/ 修改日期:2013/9/10 19:04:15
/ 输入参数:输入当前的程序版本
/ 输出参数:none
/ 使用说明:none
******************************************************************************/
bool Shell_MCU_Service(void * pcBuff, uint16_t len )
{
uint8_t *ptRxd;       //用于接收指令处理
int       i;
uint16_t retval;
uint8_t    buff[32];

//处理指令
//--------------------------------------------------------------------------
ptRxd = (uint8_t *)pcBuff;

if(StrComp(ptRxd,"rd ")) //读取FLASH信息
{
      int wval;

      if(1 != sscanf((void *)ptRxd,"%*s%d",&wval) )return false;
      if( wval>2 )return false;
      if(0==wval) {
         FLASH_ioctl(0,buff);
         retval = *(uint16_t *)(buff+1) ;
         printf("->Flash:\t%dKB\r\n",retval);
         return true;
      }
      else if(1==wval) {
         FLASH_ioctl(1,buff);
         printf("->MAC:\t ");
         for(i=0; i<buff[0]-1; i++){printf("%02X-",buff[i+1]);}
         printf("%02X\r\n",buff[i+1]);
         return true;
      }
      else return false;
}
else if(StrComp(ptRxd,"help\r\n"))    //指令帮助
{
      shell_SendStr((void *)CLI_McuMsg.pcHelpStr);
      return true;
}
else return false;
}

/******************************************************************************
*********************************** END  ************************************
******************************************************************************/
#endif

2019-7-6 13:01

5.2 实现步骤
1）将该文件添加到工程下。
2）在main.c中用extern 引用McuList，源代码为：
/*---------------------*
*    Shell指令链表
*----------------------*/
extern Cmd_List_t  McuList;
3）在main.c初始化时添加：
//----------------------------------------------------------
//step1: shell初始化
shell_Init(115200,ledx_cfg);       //初始化shell接口
CLI_AddCmd(&McuList);    //添加模块指令到链表
4）编译工程文件。

2019-7-6 13:02

5）下载到开发板运行即可在终端下看到新支持的CLI指令：

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