STM32串口虚拟化

只看该作者 · 2024-5-29 08:00

STM32系列微控制器是一款广泛应用于嵌入式系统中的芯片，它具有强大的处理能力和丰富的外设接口。其中，串口是常用的外设之一，可以用于与外部设备进行通信。然而，当需要同时与多个外部设备进行通信时，串口的数量可能不够用。为了解决这个问题，可以使用串口虚拟化技术。

什么是串口虚拟化？
串口虚拟化是通过软件模拟多个虚拟串口，将其映射到实际的物理串口上，以实现同时与多个外部设备进行通信的技术。它可以在不增加硬件成本的情况下扩展串口的数量，提高系统的灵活性和可扩展性。

实现串口虚拟化的方法
实现串口虚拟化的方法有多种，其中一种常见的方法是使用软件来模拟多个虚拟串口。下面以STM32Cube HAL库为例，介绍如何在STM32上实现串口虚拟化。

首先，需要在STM32上配置一个实际的物理串口，作为虚拟串口的依托。可以使用STM32CubeMX工具进行串口的配置，配置完成后生成相应的初始化代码。以下是使用STM32CubeMX配置USART1串口的示例代码：

/* USART1 init function */
void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  huart1.Instance = USART1;
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
Error_Handler();
  }
}
接下来，需要定义一个数据结构来表示虚拟串口。可以使用C语言的结构体来定义，包含虚拟串口的名称、配置信息以及相关的状态变量等。以下是一个简化的虚拟串口结构体定义的示例代码：

typedef struct
{
  USART_TypeDef *Instance;  // 实际物理串口
  uint32_t BaudRate;       // 波特率
  uint8_t DataSize;       // 数据位数
  uint8_t StopBits;       // 停止位
  uint8_t Parity;          // 校验位
  uint8_t Mode;          // 工作模式
  uint16_t State;          // 状态
} VirtualSerialPort;

然后，需要实现一系列的函数来操作虚拟串口，包括初始化、发送数据和接收数据等。以下是一个简化的虚拟串口发送数据函数的示例代码：

void VirtualSerialPort_SendData(VirtualSerialPort *vport, uint8_t *data, uint16_t size)
{
  // 判断虚拟串口的状态，是否可以发送数据
  if (vport->State == VIRTUAL_SERIAL_PORT_STATE_READY)
  {
// 调用实际物理串口的发送函数发送数据
HAL_UART_Transmit(vport->Instance, data, size, HAL_MAX_DELAY);
  }
  else
  {
// 虚拟串口状态不正确，不能发送数据
// TODO: 处理异常情况
  }
}

最后，需要定义多个虚拟串口并将其映射到实际物理串口上。可以使用一个数组来保存虚拟串口的实例，通过索引来访问不同的虚拟串口。以下是定义两个虚拟串口并映射到USART1的示例代码：

VirtualSerialPort vport1 = {
  .Instance = USART1,
  .BaudRate = 115200,
  .DataSize = UART_WORDLENGTH_8B,
  .StopBits = UART_STOPBITS_1,
  .Parity = UART_PARITY_NONE,
  .Mode = UART_MODE_TX_RX,
  .State