親愛(ài)的工程師朋友和喜愛(ài)電子的朋友，大家好，我是火舞青春，也是本期“來(lái)實(shí)戰(zhàn)”項(xiàng)目《串行數(shù)據(jù)采集儀》的執(zhí)行官。

嵌入式軟件這個(gè)行業(yè)涉及甚廣，從我們身邊的電視、冰箱、洗衣機(jī)，到我們的手機(jī)，再到交通、到醫(yī)療、軍事無(wú)處不在。

在項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，使用調(diào)試工具是必不可少的。

串口簡(jiǎn)單靈活的特性常被工程師用作代碼的調(diào)試工具，它的另一個(gè)名字叫uart。

說(shuō)到uart，相信很多工程師都熟透了，掌握一個(gè)uart，可以說(shuō)是已經(jīng)邁進(jìn)了嵌入式軟件的殿堂，所以u(píng)art也常被用作嵌入式入門的必備功課。

那既然都熟了，那為什么還拿出來(lái)說(shuō)呢，帶著這樣的一個(gè)問(wèn)題，跟著我一起深入的了解我們的這個(gè)項(xiàng)目，一起探討uart背后那些不為人知的故事。

目的意義;

在我們的開(kāi)發(fā)測(cè)試中，uart通常扮演者信息輸出，人機(jī)交互和下載程序的功能，有些場(chǎng)景下可能有線的串口不是很方便或者不能實(shí)現(xiàn)信息的輸出，比如調(diào)平衡車，有線串口對(duì)這種遠(yuǎn)距離的調(diào)試顯得有些力不足。有些場(chǎng)景或者我們根本不可以把數(shù)據(jù)直接讀出來(lái)，比如車廠，整車的CAN數(shù)據(jù)是汽車的血液，一些ECU的出廠前身體狀況，全靠采集can數(shù)據(jù)來(lái)診斷，即使整車有can數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能，一些測(cè)試調(diào)試不一定能很方便的拿到，所以這個(gè)無(wú)線的數(shù)據(jù)采集儀就能派上用場(chǎng)，這就是我本次項(xiàng)目的主要意義。

本期內(nèi)容可以了解到以下幾個(gè)方面：

1、模塊化代碼的設(shè)計(jì)思路，開(kāi)發(fā)思想和獨(dú)立模塊開(kāi)發(fā)模型；

2、uart等串行板級(jí)通信的設(shè)計(jì)原理及其注意事項(xiàng)；

3、項(xiàng)目中常用的測(cè)試方法和測(cè)試手段；

4、通信協(xié)議的制定和協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)；

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：

項(xiàng)目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備的上下行數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎(chǔ)上增加與pc的通信和數(shù)據(jù)記錄功能，實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)同步功能；

基礎(chǔ)功能：

1、實(shí)現(xiàn)雙mcu數(shù)據(jù)的上下行無(wú)線傳輸，波特率為115200；

2、實(shí)現(xiàn)主設(shè)備與pc機(jī)的通信，并實(shí)現(xiàn)uart調(diào)試功能；

擴(kuò)展功能：

1、can數(shù)據(jù)、spi 、iic的數(shù)據(jù)的采集傳輸；

2、離線存儲(chǔ)功能；

開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備及其環(huán)境

硬件環(huán)境 具備RF24L01模塊接口的STM32開(kāi)發(fā)板2塊、RF20L01無(wú)線模塊2塊；

開(kāi)發(fā)工具 STM32J-link仿真器、串口TTL轉(zhuǎn)換小板各1；

軟件環(huán)境 KIEL-MDK 、串口助手 ；

開(kāi)發(fā)計(jì)劃（第五期的第1板塊，為期1個(gè)月）

· 節(jié)點(diǎn)1：完成技術(shù)指標(biāo)的確定，開(kāi)發(fā)板、硬件模塊及其調(diào)試器采購(gòu)到位，完成軟硬件的架構(gòu)設(shè)計(jì)；

· 節(jié)點(diǎn)2：調(diào)試接口與pc的交互程序的開(kāi)發(fā)；

1、 初建工程，完成uart1調(diào)試接口程序的開(kāi)發(fā)；

2、 完成uart2與pc機(jī)的交互程序的設(shè)計(jì)；

· 節(jié)點(diǎn)3：定制NRF24L01的傳輸協(xié)議，并完成開(kāi)發(fā)

1、驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)與BSP的開(kāi)發(fā)；

2、協(xié)議的開(kāi)發(fā)；

· 節(jié)點(diǎn)4：整體調(diào)試、測(cè)試；

· 節(jié)點(diǎn)5：編寫項(xiàng)目總結(jié)。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)

Part 01

項(xiàng)目概述及其環(huán)境的搭建

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：

項(xiàng)目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無(wú)線模塊實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備的上下行數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎(chǔ)上增加與pc的通信和數(shù)據(jù)記錄功能，實(shí)現(xiàn)離線數(shù)據(jù)同步功能；功能指標(biāo)

基礎(chǔ)功能：

1、為了盡快上手軟件，硬件系統(tǒng)采用現(xiàn)成模塊， RF24L01模塊接口的STM32開(kāi)發(fā)板2塊和RF20L01無(wú)線模塊2塊，STM32系統(tǒng)板2塊分為主板和從板，從板信息通過(guò)24l01無(wú)線模塊發(fā)送到主板，主板通過(guò)uart與pc交互；硬件部分后續(xù)獨(dú)立部分說(shuō)明分享。

2、軟件方面是重點(diǎn)研究對(duì)象，軟件主要分為driver、hal、bsp、service、app五個(gè)部分。Driver層是和硬件直接相關(guān)，hal層是隔離層，bsp是驅(qū)動(dòng)相關(guān)芯片的板級(jí)支持層、服務(wù)層主要是一些任務(wù)相關(guān)，App為應(yīng)用層。

擴(kuò)展功能：

1、can數(shù)據(jù)、spi 、iic的數(shù)據(jù)的采集傳輸；

2、離線存儲(chǔ)功能；

開(kāi)發(fā)準(zhǔn)備及其環(huán)境：

1、硬件環(huán)境 ：具備RF24L01模塊接口的STM32開(kāi)發(fā)板2塊、RF20L01無(wú)線模塊2塊；

2、開(kāi)發(fā)工具 ：STM32J-link仿真器、串口TTL轉(zhuǎn)換小板各1；

3、軟件環(huán)境 KIEL-MDK 、串口助手 ；

Part 02

軟件設(shè)計(jì)-外設(shè)uart

導(dǎo)言

uart外設(shè)是開(kāi)發(fā)調(diào)試的重要手段，也是板級(jí)通信常用的通信方式。

對(duì)于耳熟能詳?shù)膗art，你了解多少呢？

它的用法的注意事項(xiàng)和難點(diǎn)又有哪些呢？

本期內(nèi)容讓我?guī)е蠹抑攸c(diǎn)探討一下uart的軟件設(shè)計(jì)。

內(nèi)容提要

1、uart的基本概述和STM32中uart驅(qū)動(dòng)HAL層的配置；

2、調(diào)試打印中，uart的數(shù)據(jù)發(fā)送策略；

3、通信中，uart的策略與架構(gòu)。

軟件實(shí)戰(zhàn)

1、外設(shè)與系統(tǒng)

與傳統(tǒng)寫驅(qū)動(dòng)程序相比，STM32CubeMX代碼生成器讓驅(qū)動(dòng)變得更簡(jiǎn)單、快速，大大提高了開(kāi)發(fā)效率。

STM32CubeMX不僅支持外設(shè)配置，還支持freeRTOS，不過(guò)很可惜，考慮到片子的成本，8KRAM的片子僅能跑2個(gè)靜態(tài)的線程，而且從板有集成到項(xiàng)目中的需求，所以從設(shè)備不使用freeRTOS。

從設(shè)備主頻48MHZ，uart外設(shè)需要對(duì)GPIO/NVIC/DMA/UART進(jìn)行配置,主設(shè)備還需要配置freeRTOS。

2、調(diào)試神器-uart

不管哪個(gè)項(xiàng)目，printf的輸出是必不可少的！

實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)是數(shù)據(jù)通過(guò)printf函數(shù)收集到debug_pool后如何發(fā)送。

下面內(nèi)容圍繞這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)討論。

無(wú)os的情況下，若是需要實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，發(fā)送需要直接調(diào)用uart驅(qū)動(dòng)發(fā)送接口拋出，這種方式，效率低，cpu占用高。

一般情況下是要開(kāi)一片空間，當(dāng)數(shù)據(jù)收集滿后通過(guò)DMA送到uart硬件然后發(fā)出去。不過(guò)這種方式是需要一個(gè)Task，周期的拋數(shù)據(jù)。

有os的系統(tǒng)，這里需要加消息隊(duì)列或者內(nèi)存池，還需要一個(gè)獨(dú)立的線程進(jìn)行處理。

比較復(fù)雜，這里不展開(kāi)討論。

對(duì)上圖思想進(jìn)行解釋：

1、接收部分首先考慮如何接收數(shù)據(jù)，是采用run_buf的形式還是一個(gè)字節(jié)中斷的方式；

2、數(shù)據(jù)接收后，要思考幀識(shí)別，確定一幀數(shù)據(jù)后進(jìn)入CRC校驗(yàn)；

3、校驗(yàn)通過(guò)后再進(jìn)行協(xié)議的解析和處理；

5、數(shù)據(jù)發(fā)送部分先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包。記住多線程的處理要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，防止tx_buf里的數(shù)據(jù)被刷寫；

6、通過(guò)打包后的數(shù)據(jù)要CRC加碼校驗(yàn)，然后再發(fā)出去；

值得注意的是，要將這些公共的CRC和收發(fā)任務(wù)單獨(dú)提出來(lái)，與協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容獨(dú)立出來(lái)，這樣協(xié)議層的變得不會(huì)引起程序大的改動(dòng)；

Part 03

調(diào)試接口與pc的交互程序的開(kāi)發(fā)

Part 04

定制NRF24L01的傳輸協(xié)議，完成開(kāi)發(fā)

Part 05

整體調(diào)試、測(cè)試

Part 06

編寫項(xiàng)目總結(jié)

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：《來(lái)實(shí)戰(zhàn)》#5：老司機(jī)教你做一款UART之UART外設(shè)篇

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