親愛的工程師朋友和喜愛電子的朋友，大家好，我是火舞青春，也是本期“來實戰(zhàn)”項目《串行數(shù)據(jù)采集儀》的執(zhí)行官。

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

在項目的開發(fā)過程中，使用調(diào)試工具是必不可少的。

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

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

那既然都熟了，那為什么還拿出來說呢，帶著這樣的一個問題，跟著我一起深入的了解我們的這個項目，一起探討uart背后那些不為人知的故事。

目的意義;

在我們的開發(fā)測試中，uart通常扮演者信息輸出，人機交互和下載程序的功能，有些場景下可能有線的串口不是很方便或者不能實現(xiàn)信息的輸出，比如調(diào)平衡車，有線串口對這種遠距離的調(diào)試顯得有些力不足。有些場景或者我們根本不可以把數(shù)據(jù)直接讀出來，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)來診斷，即使整車有can數(shù)據(jù)的存儲功能，一些測試調(diào)試不一定能很方便的拿到，所以這個無線的數(shù)據(jù)采集儀就能派上用場，這就是我本次項目的主要意義。

本期內(nèi)容可以了解到以下幾個方面：

1、模塊化代碼的設計思路，開發(fā)思想和獨立模塊開發(fā)模型；

2、uart等串行板級通信的設計原理及其注意事項；

3、項目中常用的測試方法和測試手段；

4、通信協(xié)議的制定和協(xié)議棧的開發(fā)；

項目簡介：

項目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無線模塊實現(xiàn)主從設備的上下行數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎上增加與pc的通信和數(shù)據(jù)記錄功能，實現(xiàn)離線數(shù)據(jù)同步功能；

基礎功能：

1、實現(xiàn)雙mcu數(shù)據(jù)的上下行無線傳輸，波特率為115200；

2、實現(xiàn)主設備與pc機的通信，并實現(xiàn)uart調(diào)試功能；

擴展功能：

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

2、離線存儲功能；

開發(fā)準備及其環(huán)境

硬件環(huán)境 具備RF24L01模塊接口的STM32開發(fā)板2塊、RF20L01無線模塊2塊；

開發(fā)工具 STM32J-link仿真器、串口TTL轉換小板各1；

軟件環(huán)境 KIEL-MDK 、串口助手 ；

開發(fā)計劃（第五期的第1板塊，為期1個月）

· 節(jié)點1：完成技術指標的確定，開發(fā)板、硬件模塊及其調(diào)試器采購到位，完成軟硬件的架構設計；

· 節(jié)點2：調(diào)試接口與pc的交互程序的開發(fā)；

1、 初建工程，完成uart1調(diào)試接口程序的開發(fā)；

2、 完成uart2與pc機的交互程序的設計；

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

1、驅動的開發(fā)與BSP的開發(fā)；

2、協(xié)議的開發(fā)；

· 節(jié)點4：整體調(diào)試、測試；

· 節(jié)點5：編寫項目總結。

項目設計

Part 01

項目概述及其環(huán)境的搭建

項目簡介：

項目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無線模塊實現(xiàn)主從設備的上下行數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎上增加與pc的通信和數(shù)據(jù)記錄功能，實現(xiàn)離線數(shù)據(jù)同步功能；功能指標

基礎功能：

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開發(fā)板2塊和RF20L01無線模塊2塊，STM32系統(tǒng)板2塊分為主板和從板，從板信息通過24l01無線模塊發(fā)送到主板，主板通過uart與pc交互；硬件部分后續(xù)獨立部分說明分享。

2、軟件方面是重點研究對象，軟件主要分為driver、hal、bsp、service、app五個部分。Driver層是和硬件直接相關，hal層是隔離層，bsp是驅動相關芯片的板級支持層、服務層主要是一些任務相關，App為應用層。

擴展功能：

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

2、離線存儲功能；

開發(fā)準備及其環(huán)境：

1、硬件環(huán)境 ：具備RF24L01模塊接口的STM32開發(fā)板2塊、RF20L01無線模塊2塊；

2、開發(fā)工具 ：STM32J-link仿真器、串口TTL轉換小板各1；

3、軟件環(huán)境 KIEL-MDK 、串口助手 ；

Part 02

軟件設計-外設uart

導言

uart外設是開發(fā)調(diào)試的重要手段，也是板級通信常用的通信方式。

對于耳熟能詳?shù)膗art，你了解多少呢？

它的用法的注意事項和難點又有哪些呢？

本期內(nèi)容讓我?guī)е蠹抑攸c探討一下uart的軟件設計。

內(nèi)容提要

1、uart的基本概述和STM32中uart驅動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。

軟件實戰(zhàn)

1、外設與系統(tǒng)

與傳統(tǒng)寫驅動程序相比，STM32CubeMX代碼生成器讓驅動變得更簡單、快速，大大提高了開發(fā)效率。

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

從設備主頻48MHZ，uart外設需要對GPIO/NVIC/DMA/UART進行配置,主設備還需要配置freeRTOS。

2、調(diào)試神器-uart

不管哪個項目，printf的輸出是必不可少的！

實現(xiàn)的關鍵點是數(shù)據(jù)通過printf函數(shù)收集到debug_pool后如何發(fā)送。

下面內(nèi)容圍繞這個問題展開討論。

無os的情況下，若是需要實時性要求較高的情況下，發(fā)送需要直接調(diào)用uart驅動發(fā)送接口拋出，這種方式，效率低，cpu占用高。

一般情況下是要開一片空間，當數(shù)據(jù)收集滿后通過DMA送到uart硬件然后發(fā)出去。不過這種方式是需要一個Task，周期的拋數(shù)據(jù)。

有os的系統(tǒng)，這里需要加消息隊列或者內(nèi)存池，還需要一個獨立的線程進行處理。

比較復雜，這里不展開討論。

對上圖思想進行解釋：

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

2、數(shù)據(jù)接收后，要思考幀識別，確定一幀數(shù)據(jù)后進入CRC校驗；

3、校驗通過后再進行協(xié)議的解析和處理；

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

6、通過打包后的數(shù)據(jù)要CRC加碼校驗，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)任務單獨提出來，與協(xié)議相關的內(nèi)容獨立出來，這樣協(xié)議層的變得不會引起程序大的改動；

Part 03

調(diào)試接口與pc的交互程序的開發(fā)

Part 04

定制NRF24L01的傳輸協(xié)議，完成開發(fā)

Part 05

整體調(diào)試、測試

Part 06

編寫項目總結

責任編輯：xj

原文標題：《來實戰(zhàn)》#5：老司機教你做一款UART之UART外設篇

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