串口读写

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 楼主 | 2019-7-10 11:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
目的

​        串口通信是非常非常常见的一种通信方式,必须掌握的。可以从如下几个方面掌握串口通信:

  • 串口通信原理,此处我们只研究异步串口
  • GD32常见的几种串口通信配置

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 楼主 | 2019-7-10 11:47 | 显示全部楼层
异步串口通信原理1. 配置

​        在了解原理之前,我们先看看串口要如何使用,如下图,只要选择正确的串口号,把收发双方的波特率、校验位、数据位、停止位配置成一致,这么就可以实现双方通信。

watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE3ODU0NjYx,size_16,color_FFFFFF,t_70.jpg


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 楼主 | 2019-7-10 11:48 | 显示全部楼层
那么配置的这些参数分别代表什么意思呢?

串口号:唯一标识一个串口,当设备存在多个串口时,可以用其标识每个串口。

波特率:每秒钟传输的数据位数。表示数据传输的速率,单位bps(位每秒)。比如115200bps就表示1s可以传输115200bits的数据。

校验位:

​        even 每个字节传送整个过程中bit为1的个数是偶数个(校验位调整个数)
​        odd 每个字节穿送整个过程中bit为1的个数是奇数个(校验位调整个数)
​        none 没有校验位
​        space 校验位总为0
​        mark 校验位总为1

数据位:5678共4个选择,这是历史原因,如下

​        5:用于电报机传26个英文字母,5位足以

​        6:用于电报机,识别大小写字母,增加一个大小写位

​        7:用于电脑,ASCII码7位

​        8:用于电脑,DBCS码用于兼容ASCII和支持中文双字节

停止位:

​        停止位是按长度来算的。串行异步通信从计时开始,以单位时间为间隔(一个单位时间就是波特率的倒数),依次接受所规定的数据位和奇偶校验位,并拼装成一个字符的并行字节;此后应接收到规定长度的停止位“1”。所以说,停止位都是“1”,1.5是它的长度,即停止位的高电平保持1.5个单位时间长度。一般来讲,停止位有1,1.5,2个单位时间三种长度。

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 楼主 | 2019-7-10 11:48 | 显示全部楼层
2. 帧格式

​        下面我们看下串行协议的帧格式,如图

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一个帧由4部分组成,起始位+数据位+校验位+停止位,正好跟上面的配置一一对应,其中,起始位必须是低电平,停止位必须是高电平。

至此,也大致明白串口是怎么回事了。


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 楼主 | 2019-7-10 11:49 | 显示全部楼层
3. 常见的串口电平标准
​        下面几种都是串口,只是电平标准不同,导致其应用场景存在差异,通信协议和配置都是相同的,通信原理是相同的,软件实现相同,硬件电路存在差异。

TTL:

接线方式如图

高电平表示逻辑1, 低电平表示逻辑零


RS232和RS485对比

抗干扰性:RS485 接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗噪声干扰性好。RS232 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰。
传输距离:RS485 接口的最大传输距离标准值为 1200 米(9600bps 时),实际上可达 3000 米。RS232 传输距离有限,最大传输距离标准值为 50 米,实际上也只能用在 15 米左右。
通信能力:RS-485 接口在总线上是允许连接多达128个收发器,用户可以利用单一的 RS-485 接口方便地建立起设备网络。RS-232只允许一对一通信。
传输速率:RS-232传输速率较低,在异步传输时,波特率为 20Kbps。RS-485 的数据最高传输速率为 10Mbps 。
信号线:RS485 接口组成的半双工网络,一般只需二根信号线。RS-232 口一般只使用 RXD、TXD、GND 三条线 。
电气电平值:RS-485的逻辑"1"以两线间的电压差为+(2-6) V 表示;逻辑"0"以两线间的电压差为-(2-6)V 表 示 。在 RS-232-C 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即:逻辑"1",-5- -15V;逻辑"0 " +5- +15V 。
4. 芯片如何实现串口功能

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 楼主 | 2019-7-10 11:49 | 显示全部楼层
4. 芯片如何实现串口功能

​        watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzE3ODU0NjYx,size_16,color_FFFFFF,t_70.jpg


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 楼主 | 2019-7-10 11:49 | 显示全部楼层
        我们知道串口的作用是为CPU和其它设备之间提供通信,本质上是把数据从其他设备搬移到自身MCU的内存中去,如上图,MCU为实现串口功能会做如上的模块划分。

GPIO

串口总线状态,默认是高电平,所以Tx应该是上拉输出,Rx应该是浮空输入。

移位器

我们知道串口是一位位传输的,所以移位器即可以实现串口的收发。

数据寄存器

用于存储将要发送和接收的数据,其实只要收发共用一个字节就足以。

时钟

上述的运行过程都需要在固定时钟下才能正确运行,例如波特率。

数据由寄存器搬移到内存

CPU方式,由CPU控制数据如何在数据寄存器和内存之间进行转移,例如当数据寄存器空时,将内存转移到数据寄存器中,即发送过程
DMA方式,过程同CPU,那为什么还有有DMA呢?因为数据搬移省去CPU的参与,也就意味着CPU可以去忙其它事情,效率自然就高了。
状态寄存器

我们粗略的思考下,在整个串口的传输过程中,肯定会有各式各样的状态,例如,收到数据,数据异常,帧错误,数据发送完毕,数据寄存器空了等等,这些都需要状态寄存器存储。
再深入思考下,当我们需要及时的处理上述状态时,靠CPU轮询显然太慢了,所以肯定需要中断,再增加一组中断状态寄存器。
配置寄存器

​        上述情况那么多,代表不同的配置,肯定需要几组配置寄存器。例如,中断的使能控制等


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 楼主 | 2019-7-10 11:50 | 显示全部楼层
功能设计
​        如果明白了原理,那么自然就知道该如何配置一个串口了,无非就是从芯片手册中找到相应的寄存器进行配置而已。

​        在”串口发送“例子中,已经接触了串口的发送功能,现在我们把这个例子再度深入,实现串口的接收功能。实现一个回显功能,即PC通过串口向GD32写入数据,然后GD32把数据原封不动返回给PC。

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 楼主 | 2019-7-10 11:50 | 显示全部楼层
轮询方式
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);
}

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 楼主 | 2019-7-10 11:51 | 显示全部楼层

效果如图

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 楼主 | 2019-7-10 11:51 | 显示全部楼层
中断方式
注:中断优先级部分,我会抽单独章节分析。

必须注意下面这两个函数的区别,

USART_GetBitState(USART1, USART_FLAG_RBNE); /* 非中断使用 */
USART_GetIntBitState(USART1, USART_INT_RBNE);/* 中断内使用 */
1
2
中断方式处理代码如下:

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);
}

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 楼主 | 2019-7-10 11:51 | 显示全部楼层
DMA方式
​        注:DMA细节我会抽单独章节分析,此处只写一个DMA轮询方式的例子。

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);
}

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 楼主 | 2019-7-10 11:51 | 显示全部楼层
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);
}

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 楼主 | 2019-7-10 11:52 | 显示全部楼层
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)
    {
    }
}

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 楼主 | 2019-7-10 11:52 | 显示全部楼层
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 */
        }
    }
}

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 楼主 | 2019-7-10 11:53 | 显示全部楼层
总结
​        串口是一种非常常见的通信总线,必须掌握。如果上面的原理和例子理解了,我相信用GPIO口虚拟一个窗口并不是什么难事。

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| 2019-9-17 17:03 | 显示全部楼层
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| 2019-9-19 13:10 | 显示全部楼层
tfqi 发表于 2019-7-10 11:53
总结
​        串口是一种非常常见的通信总线,必须掌握。如果上面的原理和例子理解了,我相信用GPIO口虚拟一个窗 ...

个人感觉,90%的项目都不会用到串口DMA做接收。 1个字节1个字节中断接收更符合实际。 串口DMA中断发送,查询发送和串口单字节中断发送倒是差不多。 但DMA被ADC 组采样抢占了和算法抢占了,资源就紧张了。虽然F103有2个DMA。

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