引言STM32F107微控制器是意法半導體推出的高性能32位以CortexM3為內核的面向工業(yè)控制的處理器。該處理器內部通過一個多層的AHB總線構架相連，其內部集成了豐富的外設，如USART、SPI、ADC等等。另外，STM32F107處理器還提供多達80個通用I/O接口，如此豐富的資源使STM32系列微控制器能夠很理想地用于工業(yè)控制。本文設計出一種基于STM32F107的可靠串口通信設計方案，可以完成STM32F107處理器和PC機以及其他串口之間的可靠通信[1]。1 串口通信的實現(xiàn)1.1 硬件設計STM32F107處理器的通用同步異步通信單元（USART）提供 5個獨立的異步串行接口，并且都能工作在中斷和DMA模式下，支持LIN、智能卡協(xié)議和IRDA SIM ENDEC規(guī)范。USART的字符采用一種特殊的結構，它由起始位、數(shù)據(jù)位（8位或者9位）、停止位（1位或者2位）組成。由于STM32F107處理器輸出的是TTL/CMOS電平，而計算機的標準配置串口輸出為RS232電平，所以在硬件上采用MAX232進行電平轉換，電路設計比較簡單。如圖1所示，如果在兩個處理器之間進行串口通信，需要把STM32F107 的UART接口的發(fā)送端與對端串口的接收端相連，把STM32F107 的UART接口的接收端與對端串口的發(fā)送端相連[2]。1.2 軟件設計和實現(xiàn)要實現(xiàn)基于STM32F107 的串口通信，首先需要對該串口的相關寄存器進行配置，比如串口的波特率、數(shù)據(jù)位長度和校驗位等信息都是需要配置的。然后使能串口時鐘，設置相應的I/O模式，最后進行程序設計。串口相關寄存器的配置信息如表1所列。圖1 串口通信硬件電路圖為了實現(xiàn)高效的串口數(shù)據(jù)收發(fā)，串口通信的程序設計一般采用串口的接收中斷、發(fā)送中斷以及FIFO緩存來實現(xiàn)。當串口有數(shù)據(jù)發(fā)送時，其底層的發(fā)送函數(shù)并不是真正的串口發(fā)送，而是將數(shù)據(jù)寫入緩存區(qū)，緩存區(qū)按照FIFO的先入先出的結構進行組織，寫入數(shù)據(jù)到FIFO后使能串口發(fā)送中斷后便退出了，這相當于RAM的讀寫，執(zhí)行速度快，實際的發(fā)送數(shù)據(jù)在串口發(fā)送中斷服務程序中完成。表1 串口寄存器的配置表圖2 通信協(xié)議幀當串口有數(shù)據(jù)接收時，在接收中斷中使用FIFO緩存接收到的數(shù)據(jù)。當收到串口接收數(shù)據(jù)完成或者接收緩沖區(qū)已滿的信息后，通知主程序數(shù)據(jù)接收完成，在主程序中進行數(shù)據(jù)處理并清理緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，等待下一次數(shù)據(jù)接收。主程序中具體步驟如下：①配置串口中斷向量表，包括配置中斷的搶占優(yōu)先級，響應優(yōu)先級、編號和分組等內容。調用庫函數(shù)NVIC_Init(&NVIC_InitStructure)。②初始化串口，包括串口時鐘配置、GPIO配置、根據(jù)參數(shù)初始化并使能串口。由于 STM32F107 固件函數(shù)庫提供了每一步操作的函數(shù)，所以串口的配置非常方便。最后，使能接收和發(fā)送中斷，調用庫函數(shù)：STM_EVAL_COMInit(COMx, &USART_InitStructure);③在主程序中等待串口接收數(shù)據(jù)完成或緩存區(qū)溢出，該信息由串口狀態(tài)寄存器提供，代碼為：while (1){//判斷是否接收完成或緩存區(qū)溢出if (USART_Rx_Done==1) {//數(shù)據(jù)接收處理……//清空緩沖區(qū)USART_Rx_Buffer_Clear();}}④中斷服務函數(shù)編寫，通過判斷狀態(tài)寄存器USART _SR的RXNE、ORE和TXE位的狀態(tài)來進行接收和發(fā)送數(shù)據(jù)[3]。代碼如下：void USARTx_IRQHandler(void){//判斷是否收到數(shù)據(jù)if (USARTx ->SR&(1<<5)){//接收數(shù)據(jù)USART_ReceiveData(USARTx) ;} //判斷是否溢出if (USARTx ->SR&(1<<3)){//接收數(shù)據(jù)(void)USART_ReceiveData(USARTx);} //如果發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器為空，那么左移7位if(USARTx ->SR&(1<<7)){//發(fā)送數(shù)據(jù)USART_SendBufferData();}}2 串口通信協(xié)議制定串口通信協(xié)議按照HDLC規(guī)程設計，其幀結構如圖2所示。幀結構說明如下。（1） 標志所有信息傳輸必須以一個標志字符開始，且以同一個字符結束。從開始標志到結束標志之間構成一個完整的信息單位，稱為一幀。接收端可以通過搜索標志字符來探知幀的開頭和結束，以此建立幀同步。在兩幀之間只需要一個這樣的標記，兩個相繼的標記構成一個空幀，它被拋棄，而不產(chǎn)生FCS錯誤。（2） 地址域在標志之后，有一個地址域。地址域包括接收信息和發(fā)送信息的通信設備地址，即幀數(shù)據(jù)的接收者和發(fā)送者地址。地址域的寬度為16位，前8位用來表示接收者的地址，后8位用來表示發(fā)送者的地址。地址域通常在一對多或多對多的串口通信中應用。（3） 控制域在地址域之后是控制域，控制域可規(guī)定若干個命令，控制域占一個字節(jié)。接收方必須檢查每個地址，包括二進制11111111（十六進制0xff），也就是“廣播”地址。不可識別的地址則被拋棄。（4） 信息域跟在控制域之后的是信息域。信息域包含要傳送的數(shù)據(jù)，并不是每一幀都必須傳送數(shù)據(jù)，即信息域可以為0。當它為0時，這一幀主要是控制命令。（5） CRC校驗緊跟在信息域之后的是4字節(jié)的幀校驗，幀校驗采用32位循環(huán)冗余校驗碼CRC。除了標志域以外，所有的信息都參加CRC計算。當數(shù)據(jù)傳輸時，CRC的高位在前，低位在后。幀校驗序列的循環(huán)冗余碼校驗簡稱CRC（Cyclic Redundancy Check），它是利用除法及余數(shù)的原理來作錯誤偵測的。應用時，發(fā)送設備計算出CRC值并隨數(shù)據(jù)一同發(fā)送給接收設備，接收設備對收到的數(shù)據(jù)重新計算，并與收到的CRC相比較。若兩個CRC值不同，則說明數(shù)據(jù)通信出現(xiàn)錯誤。這里選用以太網(wǎng)的CRC32碼作為幀校驗產(chǎn)生方式。3 硬件CRC循環(huán)冗余校驗由于串口通信中的數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中易受到各種信號的干擾，容易產(chǎn)生信號碼元的變化，需要采用相關的校驗方式來保證信號傳輸?shù)目煽啃?。循環(huán)冗余校驗技術主要應用于檢驗或核實數(shù)據(jù)傳輸、存儲的正確性和完整性，具有檢錯率高、易于實現(xiàn)的特點，因此在工程中廣泛使用。在STM32F107 中內置了CRC計算單元的硬件組件，所以不需要額外設計任何硬件電路，而且計算速度較快。內置CRC計算單元是根據(jù)固定的生成多項式得到任一32位全字的CRC計算結果。CRC計算單元可以在程序運行時計算出軟件的標識，之后與在連接時生成的參考標識比較，然后存放在指定的存儲器空間[4]。STM32F107 內置的CRC計算單元操作方便，首先復位CRC模塊，即CRC->CR =0x01。然后，把要計算的數(shù)據(jù)每32位分為一組，寫入到CRC_DR寄存器中，寫完數(shù)據(jù)后就可以從CRC_DR寄存器讀出數(shù)據(jù)了。雖然數(shù)據(jù)的讀寫都是在CRC_DR寄存器中進行，但是實際上訪問的是不同的物理寄存器。STM32F107 內置CRC計算單元框圖如圖3所示。結語隨著32位以CortexM3為內核的STM32F107 微處理器在工業(yè)控制中的廣泛應用，串口作為一種微控制器必不可少的通信接口，應用也比較廣泛。針對串口在應用過程中容易出現(xiàn)的誤碼問題，本文設計出一種基于STM32F107 的可靠串口通信方案，利用STM32F107 內置的CRC計算單元產(chǎn)生校驗數(shù)據(jù)來保證通信的可靠性。該方案可以完成STM32F107 處理器與計算機之間以及其他微控制器串口之間的可靠通信。(mbbeetchina)