STM32L051上使用RT-Thread (四、串口通訊）

應(yīng)用篇-在STM32L051上使用RT-Thread 第四篇，巧妙的使用信號(hào)量處理串口通訊。

目錄

前言
一、設(shè)計(jì)思路說(shuō)明
二、驅(qū)動(dòng)移植
三、信號(hào)量的處理
3.1 釋放信號(hào)量
3.2 獲取信號(hào)量
四、基本測(cè)試
4.1 接收測(cè)試
4.2 串口通訊細(xì)節(jié)問(wèn)題
__HAL_UART_ENABLE_IT
HAL_UART_Receive_IT
4.3 發(fā)送測(cè)試
五、時(shí)刻關(guān)注占RAM大小
結(jié)語(yǔ)

前言

在上一篇文章，我們實(shí)現(xiàn)了溫濕度驅(qū)動(dòng)移植，根據(jù)我們最初的基本設(shè)計(jì)思路，還有必須要實(shí)現(xiàn)的無(wú)線(xiàn)模塊串口通訊，本文就來(lái)移植一下無(wú)線(xiàn)模塊的串口通訊驅(qū)動(dòng)。

再次說(shuō)明一下，本應(yīng)用篇重點(diǎn)在于理解在 RT-Thread 上的設(shè)計(jì)思路 以及 在小內(nèi)存芯片上的注意事項(xiàng)，所以基礎(chǔ)的驅(qū)動(dòng)代碼的實(shí)現(xiàn)并不會(huì)詳細(xì)的分析說(shuō)明，但是博主在把本系列更新完以后會(huì)把最后的整個(gè)項(xiàng)目上傳，所以實(shí)在想看驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的朋友到時(shí)候也可以去下載。

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本 RT-Thread 專(zhuān)欄記錄的開(kāi)發(fā)環(huán)境：
RT-Thread記錄（一、RT-Thread 版本、RT-Thread Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境 及 配合CubeMX開(kāi)發(fā)快速上手）
RT-Thread記錄（二、RT-Thread內(nèi)核啟動(dòng)流程 — 啟動(dòng)文件和源碼分析）
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RT-Thread 內(nèi)核篇系列博文鏈接：
RT-Thread記錄（三、RT-Thread 線(xiàn)程操作函數(shù)及線(xiàn)程管理與FreeRTOS的比較）
RT-Thread記錄（四、RT-Thread 時(shí)鐘節(jié)拍和軟件定時(shí)器）
RT-Thread記錄（五、RT-Thread 臨界區(qū)保護(hù)）
RT-Thread記錄（六、IPC機(jī)制之信號(hào)量、互斥量和事件集）
RT-Thread記錄（七、IPC機(jī)制之郵箱、消息隊(duì)列）
RT-Thread記錄（八、理解 RT-Thread 內(nèi)存管理）
RT-Thread記錄（九、RT-Thread 中斷處理與階段小結(jié)）
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在STM32L051C8 上使用 RT-Thread 應(yīng)用篇系列博文連接：
RT-Thread 應(yīng)用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (一、無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器 之 新建項(xiàng)目)
RT-Thread 應(yīng)用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (二、無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器 之 CubeMX配置)
RT-Thread 應(yīng)用篇 — 在STM32L051上使用 RT-Thread (三、無(wú)線(xiàn)溫濕度傳感器 之 I2C通訊)

一、設(shè)計(jì)思路說(shuō)明

我們STM32L051C8與無(wú)線(xiàn)模塊通訊的串口是LPUART1（對(duì)應(yīng) pin to pin 的STM32F103C8 是串口3），使用的是中斷方式接收，所以當(dāng)時(shí)在CubeMX 設(shè)置的時(shí)候我們就需要使能中斷。

STM32串口中斷接收是很基礎(chǔ)問(wèn)題，本文的目的不在于說(shuō)明STM32如何進(jìn)行串口通訊，所以并不會(huì)詳細(xì)闡述如何使用串口接收，我們只做簡(jiǎn)單說(shuō)明：

對(duì)于STM32 的串口接收中斷，我們一般會(huì)使能UART_IT_RXNE或者UART_IT_IDLE。
簡(jiǎn)單說(shuō)明一下，如果串口收到一個(gè)字節(jié)就會(huì)產(chǎn)生RXNE中斷，如果接收完成一幀數(shù)據(jù)，就會(huì)產(chǎn)生IDLE中斷。

根據(jù)我自己使用的經(jīng)驗(yàn)，這個(gè) IDLE 中斷所謂的一幀數(shù)據(jù)，是 stm32 內(nèi)部自身根據(jù)自己主頻，波特率等一些參數(shù)作為判斷依據(jù)，本質(zhì)上也是認(rèn)為在多長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到新的數(shù)據(jù)就當(dāng)成一幀。

再根據(jù)以前的使用經(jīng)驗(yàn)和測(cè)試，我使用的無(wú)線(xiàn)通訊模塊給 STM32 發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，會(huì)觸發(fā)兩次IDLE中斷，這個(gè)具體也沒(méi)有深究，因?yàn)楸旧頍o(wú)線(xiàn)通訊模塊也是靠自己的單片機(jī)內(nèi)核發(fā)送數(shù)據(jù)，或許模塊內(nèi)部有點(diǎn)特殊處理，通過(guò)這個(gè)問(wèn)題我也發(fā)現(xiàn)IDLE不是萬(wàn)能的一幀數(shù)據(jù)，在遇到一些特殊模塊的時(shí)候也會(huì)有問(wèn)題。當(dāng)然，在我使用的其他設(shè)備，所有串口通訊的傳感器上，使用IDLE作為一幀數(shù)據(jù)接收完成的判斷都是沒(méi)問(wèn)題的。

所以，雖然我們本次模塊接收的是不定長(zhǎng)度，但是我們這里還是不使用IDLE作為一幀數(shù)據(jù)的判斷，我們只使用RXNE中斷。
為了更加直觀(guān)的理解我們的設(shè)計(jì)思路，我也不準(zhǔn)備使用 DMA 通方式。

綜上，本次應(yīng)用的設(shè)計(jì)思路是：只使能RXNE中斷，當(dāng)接收到第一個(gè)字節(jié)，釋放一個(gè)信號(hào)量。
另外一邊，串口接收線(xiàn)程一直在等待這個(gè)信號(hào)量，如果獲取到信號(hào)量，等待一定時(shí)間（等待一定時(shí)間是為了保證接收到完整的一幀數(shù)據(jù)，一般就是幾個(gè)ms），然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
發(fā)送數(shù)據(jù)的話(huà)就簡(jiǎn)單，寫(xiě)好驅(qū)動(dòng)，組包發(fā)送即可。
為了接收數(shù)據(jù)，我們需要定義個(gè)全局變量數(shù)組作為緩沖區(qū)。

后來(lái)在實(shí)際使用的時(shí)候這個(gè)思路稍微修改了一下，因?yàn)槊看萎a(chǎn)生中斷，都會(huì)發(fā)送一次信號(hào)量，那么一幀數(shù)據(jù)有多少個(gè)字節(jié)，就會(huì)發(fā)送多少個(gè)信號(hào)量，那么等待信號(hào)量的線(xiàn)程就會(huì)不停的獲取到信號(hào)量，那么我們?cè)趺磥?lái)處理？且看下文……

二、驅(qū)動(dòng)移植

因?yàn)槲沂褂玫?a href="http://srfitnesspt.com/tags/enocean/" target="_blank">Enocean模塊并不是通用主流的通訊模塊，是公司需要使用的，考慮到各種問(wèn)題，也不方便把模塊詳細(xì)的介紹一遍，但是這并不影響我說(shuō)明程序的移植和串口的使用思路，大家不需要在意內(nèi)部的具體實(shí)現(xiàn)，只要明白我在 STM32L051C8 上 RT-Thread 是如何處理串口數(shù)據(jù)的即可。

首先我們把需要保存接收數(shù)據(jù)的數(shù)組定義一下：

這個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)可是直接占用了一大塊 RAM 空間，enoncean_buff多大就占用多大，可是這是沒(méi)有辦法的！

然后根據(jù)上一篇文章的說(shuō)明，我們直接把.c 和.h文件拷貝到我們的 mydrivers 目錄下:

編譯一下看看，

其中，上面的警告提示我們還需要實(shí)現(xiàn)1個(gè)函數(shù)，就是串口發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)，我們也移植過(guò)來(lái)，加在CubMX串口驅(qū)動(dòng)文件中：

實(shí)現(xiàn)好這些基本上整體上沒(méi)問(wèn)題了，然后需要做一些移植過(guò)來(lái)代碼的細(xì)節(jié)修改，細(xì)節(jié)修改這里就不一一說(shuō)明，我們使用一個(gè)典型的地方舉個(gè)例子。裸機(jī)中，除了中斷所有的操作都是先后進(jìn)行的，所以有很多延時(shí)函數(shù)是干等，在使用 RT-Thread 的時(shí)候這些函數(shù)都得去掉，比如

三、信號(hào)量的處理

信號(hào)量的處理算得上本文的重點(diǎn)了，本來(lái)我們?cè)?RT-Thread Nano 上使用串口通訊，完全可以按照裸機(jī)的方式來(lái)，定義全局變量然后線(xiàn)程輪詢(xún)接收函數(shù)，但是這里我還是想著沒(méi)有消息的時(shí)候線(xiàn)程輪詢(xún)完全是浪費(fèi)資源，我得發(fā)揮操作系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。 至少做到，只有消息來(lái)的時(shí)候線(xiàn)程才會(huì)喚醒去執(zhí)行，其他時(shí)候都是阻塞狀態(tài)。

雖然信號(hào)量處理的方式并不是最優(yōu)的，當(dāng)然也是本著測(cè)試的原則，來(lái)嘗試一下。

再次注意，我們?cè)诒緫?yīng)用第一篇就說(shuō)明過(guò)，只能使用靜態(tài)初始化的方式創(chuàng)建對(duì)象，信號(hào)量也不例外，測(cè)試時(shí)候還在這里出錯(cuò)了。 = =！

3.1 釋放信號(hào)量

首先初始化信號(hào)量，中斷響應(yīng)函數(shù)中做基本的處理：

注意，有一個(gè)HAL庫(kù)的基本使用問(wèn)題，什么時(shí)候才會(huì)調(diào)用HAL_UART_RxCpltCallback 中處理，我們用戶(hù)的處理可以在原始的中斷向量表對(duì)應(yīng)的函數(shù)LPUART1_IRQHandler中處理，也可以在上圖的HAL_UART_RxCpltCallback 中處理。
同時(shí)，數(shù)據(jù)處理的方式要注意，標(biāo)志著緩沖數(shù)組個(gè)數(shù)的 Enocean_Data是否需要先++，也是需要注意。

這些其實(shí)是STM32 HAL庫(kù)使用的基本知識(shí)，在下面《4.2 串口通訊細(xì)節(jié)問(wèn)題》會(huì)有說(shuō)明。

如果在LPUART1_IRQHandler中處理也可以，數(shù)據(jù)處理是放在HAL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);前面還是后面也是有講究的：

3.2 獲取信號(hào)量

考慮到內(nèi)存不夠，不想再新建線(xiàn)程作為數(shù)據(jù)接收處理了，直接把數(shù)據(jù)接收處理放在主函數(shù)線(xiàn)程里面，這里給出基本的框架：

??（其實(shí)兩句代碼就是本文核心框架~ ~）??

四、基本測(cè)試

我們先測(cè)試基本的接收函數(shù)移植是否正常，然后再測(cè)試發(fā)送函數(shù)。

4.1 接收測(cè)試

完成上面的步驟，我們基于上面的框架，應(yīng)該是可以用起來(lái)了，比如最初的上電需要讀取通訊模塊的ID，得到ID以后發(fā)送一次無(wú)線(xiàn)報(bào)文，實(shí)現(xiàn)的代碼如下：

結(jié)果如下：

在解決了上圖所說(shuō)的ID讀取異常問(wèn)題之后（就在下面《4.2 串口通訊細(xì)節(jié)問(wèn)題》，這是STM32 HAL庫(kù)的使用問(wèn)題），我們?cè)偬砑右恍┛蚣艽a：

看下測(cè)試結(jié)果，上電ID讀取正確，按鍵線(xiàn)程正常，接收?qǐng)?bào)文也正常：

4.2 串口通訊細(xì)節(jié)問(wèn)題

具體問(wèn)題描述：

上面的第一次的ID讀取截圖有問(wèn)題，檢查了一段時(shí)間，后來(lái)發(fā)現(xiàn)接收額數(shù)據(jù)與實(shí)際的有一位的差別，然后解決了這個(gè)問(wèn)題，在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候還是發(fā)現(xiàn)每次接收數(shù)據(jù)會(huì)丟失第一個(gè)字節(jié)。

這是STM32 HAL庫(kù)基本使用導(dǎo)致的，因?yàn)椴┲鏖_(kāi)始直接使用程序移植，有些細(xì)節(jié)的地方?jīng)]有第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)。

其實(shí)最根本的原因在于，串口開(kāi)啟之時(shí)是如何使能中斷接收的！

是用__HAL_UART_ENABLE_IT宏定義使能中斷

還是HAL_UART_Receive_IT這個(gè)函數(shù)使能中斷？

這是STM32的基礎(chǔ)使用問(wèn)題，復(fù)制的分析調(diào)整過(guò)程這里就省略了，我只把最后的結(jié)論和使用方法說(shuō)明一下，其實(shí)使用HAL_UART_Receive_IT內(nèi)部會(huì)調(diào)用__HAL_UART_ENABLE_IT。

__HAL_UART_ENABLE_IT

先來(lái)說(shuō)說(shuō)使用__HAL_UART_ENABLE_IT的情況，正確的流程圖如下：

這是一種效率比較高的方式，使用__HAL_UART_ENABLE_IT使能無(wú)法進(jìn)入HAL_UART_RxCpltCallback函數(shù)（有問(wèn)題請(qǐng)指出），所以我們得在LPUART1_IRQHandler進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

HAL_UART_Receive_IT

一般使用方式

如果串口初始化以后就使用函數(shù)HAL_UART_Receive_IT開(kāi)啟接收中斷，大部分網(wǎng)絡(luò)文章教程說(shuō)明使用流程如下圖：

其他方式說(shuō)明一

當(dāng)然，我們的數(shù)據(jù)處理可以不在HAL_UART_RxCpltCallback函數(shù)中，也可以學(xué)習(xí)上面在LPUART1_IRQHandler中處理，比如：

上面圖中的注意事項(xiàng)，原因是因?yàn)镠AL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);處理過(guò)程會(huì)關(guān)閉一些中斷，之后才調(diào)用HAL_UART_RxCpltCallback，我們?cè)贖AL_UART_RxCpltCallback最后的函數(shù)HAL_UART_Receive_IT又會(huì)重新打開(kāi)，所以可以正常走流程。
如果我們?cè)贚PUART1_IRQHandler中處理，在執(zhí)行 HAL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);的時(shí)候會(huì)關(guān)閉中斷，如果在此之后不再次使能，就無(wú)法繼續(xù)響應(yīng)下次中斷了！

其他方式說(shuō)明二

開(kāi)始使用函數(shù)HAL_UART_Receive_IT開(kāi)啟接收中斷，其他地方使用完全和使用__HAL_UART_ENABLE_IT的情況一樣也是可以的：

至于原因，是在HAL_UART_Receive_IT函數(shù)最后會(huì)使能RXNE中斷，就和使用__HAL_UART_ENABLE_IT是一樣的：

兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)串口中斷處理，然后兩種方式結(jié)合也是可以的，但是并不建議，除非你完全理解HAL庫(kù)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式，你完全知道自己在做什么！

4.3 發(fā)送測(cè)試

發(fā)送測(cè)試其實(shí)在我們前面發(fā)送學(xué)習(xí)報(bào)文已經(jīng)得到過(guò)驗(yàn)證了，能夠正常的發(fā)送學(xué)習(xí)報(bào)文表明發(fā)送功能沒(méi)有問(wèn)題。

我們這里要做的就是把溫濕度的數(shù)據(jù)封包至無(wú)線(xiàn)報(bào)文中發(fā)送出去，這里發(fā)送函數(shù)的話(huà)按理來(lái)說(shuō)也可以新建一個(gè)線(xiàn)程專(zhuān)門(mén)處理，收到特定的信號(hào)量進(jìn)行發(fā)送，但是考慮到內(nèi)存問(wèn)題而且我們本應(yīng)用功能比較簡(jiǎn)單，所以我們直接在溫濕度讀取線(xiàn)程里面進(jìn)行，以前是讀取了數(shù)據(jù)打印出來(lái)，現(xiàn)在是封包至無(wú)線(xiàn)協(xié)議通過(guò)報(bào)文發(fā)送出去。

發(fā)送操作直接放在溫濕度讀取線(xiàn)程里面進(jìn)行處理：

測(cè)試結(jié)果正常，如圖：

還好我把發(fā)送功能加入到溫濕度讀取的線(xiàn)程中，并不需要增加線(xiàn)程棧空間就可以正常運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)上面的折騰，在串口細(xì)節(jié)處理上花了不少的時(shí)間，不過(guò)好在結(jié)局還算圓滿(mǎn)，接收和發(fā)送都測(cè)試正常！

五、時(shí)刻關(guān)注占RAM大小

串口的應(yīng)用我們并沒(méi)有新建線(xiàn)程，但是因?yàn)榇谛枰彺鎱^(qū)和與串口處理相關(guān)的一些全局變量，還有信號(hào)量也需要占用RAM空間，所我們的內(nèi)存占用又變大了。

那么還是老樣子，今天測(cè)試完成以后和以前占用空間的對(duì)比圖上一下：

串口通訊的流程實(shí)現(xiàn)完后，程序運(yùn)行時(shí)候需要占用 RAM的大小： 7416 字節(jié)，我們的芯片 RAM：8192字節(jié)。

結(jié)語(yǔ)

本文我們使用信號(hào)量實(shí)現(xiàn)了串口通訊，雖然也不是復(fù)雜的過(guò)程，還是遇到了不少的問(wèn)題，使得本來(lái)昨天能夠完成的博文，不得不晚一天，在基本的 STM32 串口通訊問(wèn)題上畫(huà)了一些時(shí)間調(diào)試，移植雖然可以省去大部分工作，但是細(xì)節(jié)問(wèn)題不容忽視。

本次測(cè)試，也算是讓自己再次總結(jié)了一下STM32 HAL庫(kù)中的串口中斷接收方式。然后信號(hào)量接收的方式居然和自己考慮的一樣完美的實(shí)現(xiàn)接收一幀數(shù)據(jù)，還是有點(diǎn)小驚喜的！

其實(shí)本次應(yīng)用篇到這里已經(jīng)算是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)單品傳感器了，結(jié)束？ 既然是應(yīng)用篇，那么當(dāng)初計(jì)劃的功能還是得完善一下，比如，按鍵操作，短按長(zhǎng)按的動(dòng)作，至少把按鍵驅(qū)動(dòng)移植完。定時(shí)器，使用定時(shí)器作為傳感器采集的時(shí)間機(jī)制，那么下一篇就決定了，按鍵驅(qū)動(dòng)移植，如果順利把簡(jiǎn)單的定時(shí)器也順帶加上~ ~！

沒(méi)想到本次測(cè)試比上一篇還累 = =！ 繼續(xù)希望小伙伴多多支持，多多指教！

好了，本文就到這，謝謝大家！

審核編輯：湯梓紅