cortex-A7核通過UART串口實現數據的收發

1.簡單理解總線

        總線即為各個部位之間通信的一種媒介，芯片內部的總線控制的是內部各個控制器和核之間的通信，例如SOC通過AHB4總線可以和RCC控制器進行通信，芯片外部的總線控制的是芯片外部各個外設之間的通信，例如SOC通過UART串口控制TARGET（目標外設）。

2.簡單理解串口的連接方式

        a.直連方式

         一共有三根線：RXD（接收數據線）/TXD（發送數據線）/GND（地線）。

         b.usb轉串口連接方式

        SOC----->TTL電平，高電平：+5v，低電平：0v。

        串口電平------>RS232電平，高電平：+15v ~ +3V，低電平：-15v ~ -3v。

         c.st-link仿真器連接方式

        ST-LINK仿真器能夠完成USB口和串口之間的轉換，在ST-LINK仿真器內部有一個芯片（STM32F103），這個芯片能夠完成USB口和串口之間的轉換，在STM32F103內部固化一段程序，這段程序不開源，這段程序可以完成USB口和串口之間的轉換。

 3.串口通信協議

        a.串口配置信息

         串口采用串行通信方式，因為收發數據時，一個時鐘周期只能收發一位數據，波特率也叫bps（比特率），單位是二進制/秒，即為串口通信時，傳輸的速率，1s鐘能夠收發數據的位數，而上圖中115200bps表示1秒鐘可以收發115200bit數據，波特率的倒數為傳輸每位數據需要的時間，8N1代表八位數據位，沒有奇偶校驗位，一位停止位。

        b.串口的通信協議

         空閑態：UART總線不在傳輸數據的時候，總線處于空閑狀態，為高電平

        起始信號：開始信號，串口通信的開始標志位

        數據位：串口發送數據，先發低位，再發高位

        奇偶校驗位：奇校驗即為數據位和校驗位1的個數為奇數，偶校驗則反之

        停止信號：發送數據結束，回到高電平狀態，校準時鐘信號

        校準時鐘信號的目的是因為串口采用的異步通信方式，雙方都有自己獨立的時鐘源，雖然設置了雙方的時鐘源保持一致，但是在發送數據時，每發送一幀數據時都會產生誤差，越往后，發送的數據越多，累計誤差越大，所以每發送一幀數據之后，需要校準時鐘信號。

4.電路圖分析

         分析電路圖可得知UART4_RX對應的PB2引腳，UART4_TX對應的是PG11引腳。

5.框圖分析

         通過框圖分析可知，需要分析芯片手冊RCC，GPIO，UART章節

        分析思路：設置GPIOG/GPIOB引腳為復用功能

                          設置UART4串口初始化

                          實現數據的收發

6.RCC章節分析

        a.使能GPIO控制器

         使GPIO控制器使能需要通過AHB4總線，RCC控制GPIO則需要通過RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器來使對應的GPIO端口使能，通過2.5.2章節可知基地址為0x50000000，而RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器的偏移地址為0xA28，所以RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器的地址基地址加偏移地址=0x50000A28，而要使GPIOB和GPIOG控制器使能需要使RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器對應的地址的第一位和第六位設置為1。

        b.使能UART4控制器

         通過RCC_MP_APB1ENSETR寄存器設置UART4控制器使能，確定RCC_MP_APB1ENSETR寄存器的地址為0x50000A00，使能UART4控制器則需要設置RCC_MP_APB1ENSETR寄存器對應的地址內容第十六位為1。

7.GPIO章節分析

        a.GPIOx_MODER寄存器分析

         通過GPIOx_MODER寄存器設置PB2/PG11引腳為復用功能，確定GPIOB地址為0x50003000，GPIOG地址為0x50008000，通過設置GPIOB_MODER的第5位到第4位為10來使PB2引腳為復用功能和GPIOG_MODER的第23位到第22位為10來使PG11引腳為復用功能。

        b.GPIOx_AFRL寄存器分析

                 通過GPIOB_AFRL寄存器設置PB2引腳為復用功能UART4_RX，確定GPIOB_AFRL地址為0x50003020，通過修改GPIOB_AFRL寄存器的第11位到第8位位1000來設置PB2引腳為復用功能UART4_RX。

        c.GPIOx_AFRH寄存器分析

         通過GPIOG_AFRH寄存器設置PG11引腳為復用功能UART4_TX，確定GPIOG_AFRH地址為0x50008024，通過修改GPIOG_AFRH寄存器的第15位到第12位為0110來設置PG11引腳為復用功能UART4_TX。

        為何有GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH兩個復用功能寄存器，因為這個寄存器每四位管理一個引腳，一個寄存器最多管理8個寄存器，但是GPIO每組一共有16個引腳，所以需要兩個這樣的寄存器。

7.UART章節分析

                a.UART框圖分析

                 通過以上分析可知：

                        USART_CR1：設置數據位寬度，以及將相應位進行使能

                        USART_CR2：設置停止位

                        USART_BRR：設置波特率---->設置的采樣率有關

                        USART_RDR ：設置接收數據寄存器

                        USART_TDR ：設置發送數據寄存器

                        USART_ISR：設置狀態寄存器

                        USART_PRESC ：設置時鐘分頻器

        b.USART_CR1寄存器分析

             確定USART_CR1寄存器的地址為基地址+偏移地址=0x40010000+0x00-0x40010000

            設置串口為八位數據位需要將USART_CR1寄存器的第28位和第12位設置為0，設置串口16倍采樣率需要將USART_CR1寄存器的第15位設置為0，設置串口無奇偶校驗位需要將USART_CR1寄存器的第10位設置為0，設置串口發送寄存器使能需要將USART_CR1寄存器的第3位設置為1，設置串口接受寄存器使能需要將USART_CR1寄存器的第2位設置為1，設置串口接受使能需要將USART_CR1寄存器的第0位設置為1。

        c.USART_CR2寄存器分析

         確定USART_CR2寄存器地址為基地址+偏移地址=0x40010000+0x04=0x40010004

        通過USART_CR2寄存器分析得知設置串口一位停止位需要將USART_CR2寄存器的第13位到第12位設置為00。

         d.USART_BRR寄存器分析

          確定USART_BRR寄存器地址為基地址+偏移地址=0x40010000+0x0C=0x4001000C

         設置串口波特率為115200與采樣率有關，系統提供的串口時鐘源為64MHZ，BRR=64MHZ/115200=0x22b，所以設置 確定USART_BRR寄存器內容為0x22b。

        e.USART_RDR寄存器分析

         f.USART_TDR寄存器分析

     g.USART_PRESC寄存器分析

         h.USART_ISR寄存器分析

         確定USART_ISR寄存器地址為基地址+偏移地址=0x40010000+0x1C=0x4001001C。

         USART_ISR寄存器的第7位為判斷發送寄存器是否為空，這位只可以讀。特點：如果發送數據寄存器為空，才可以發送下一個字節的數據（該位為1），如果發送寄存器為滿，則需要等待發送數據寄存器為空（該位為0）。

        USART_ISR寄存器的第6位為判斷一幀數據是否發送完成，這位只可以讀。特點：如果發送數據完成之后，才可以發送下一幀數據 ，讀0：發送數據沒有完成，需要等待 讀1：發送數據完成，可以發送下一幀數據 。

         USART_ISR寄存器的第5位為判斷接收數據寄存器是否有數據可讀，這位只可以讀 。特點：接收數據寄存器有數據，才可以讀數據 ，讀0：沒有接收到數據，需要等待 讀1：接收到數據，可以讀這個數據。

8.代碼編寫（實現接受發送一個字符串現象）

        a.uart4.h文件

#ifndef __UART4_H__
#define __UART4_H__
#include "stm32mp1xx_uart.h"
#include "stm32mp1xx_rcc.h"
#include "stm32mp1xx_gpio.h"

//1.初始化函數
void uart4_init();
//2.發送一個字符
void put_char(const char str);
//3.發送一個字符串
void put_string(const char* str);

//4.接收一個字符
char get_char();

//5.接收一個字符串
char* get_string();

#endif

         b.uart4.c文件

#include "uart4.h"

extern void delay_ms(int ms);

//1.初始化函數
void uart4_init()
{
/*******RCC章節初始化******/
//1.使能GPIOB控制器 MP_AHB4ENSETR[1] = 1
RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0x1 << 1);
//2.使能GPIOG控制器 MP_AHB4ENSETR[6] = 1
RCC->MP_AHB4ENSETR |= (0x1 << 6);
//3.使能UART4控制器 MP_APB1ENSETR[16] = 1
RCC->MP_APB1ENSETR |= (0x1 << 16);

/*******GPIO章節初始化******/
//PB2---->UART4_Rx
//PG11----->UART4_Tx
//1.設置PB2引腳為復用功能 MODER[5:4] = 10
GPIOB->MODER &= (~(0x3 << 4));
GPIOB->MODER |= (0x1 << 5);
//2.設置PB2引腳復用功能為UART4_Rx AFRL[11:8] = 1000
GPIOB->AFRL &= (~(0xf << 8));
GPIOB->AFRL |= (0x1 << 11);

//3.設置PG11引腳為復用功能 MODER[23:22] = 10
GPIOG->MODER &= (~(0x3 << 22));
GPIOG->MODER |= (0x1 << 23);
//4.設置PG11引腳復用功能為UART4_Tx  AFRH[15:12] = 0110
GPIOG->AFRH &= (~(0xf << 12));
GPIOG->AFRH |= (0x3 << 13);

/*******UART章節初始化******/
if(USART4->CR1 & (0x1 << 0))
{
delay_ms(500);
//將UE為禁止 CR1[0] = 0
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 0));

}
//1.串口初始化 8位數據位 無奇偶校驗位 CR1[28][12]=00 CR1[10]=0
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 28));
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 12));
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 10));
//2.設置串口一位停止位 CR2[13:12] = 00
USART4->CR2 &= (~(0x3 << 12));
//3.設置串口16倍采樣率 CR1[15] = 0
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 15));
//4.設置串口不分頻 PRESC[3:0] = 0000
USART4->PRESC &= (~(0xf << 0));
//5.設置串口波特率115200   BRR = 0x22b
USART4->BRR = 0x22b;
//6.設置串口發送器使能 CR1[3] = 1
USART4->CR1 |= (0x1 << 3);
//7.設置串口接收器使能 CR1[2] = 1
USART4->CR1 |= (0x1 << 2);
//8.設置串口使能 CR1[0] = 1
USART4->CR1 |= (0x1 << 0);
}

//2.發送一個字符
void put_char(const char str)
{
//1.判斷發送數據寄存器是否有數據 ISR[7]
//讀0:發送數據寄存器滿，需要等待
//讀1:發送數據寄存器為空，才可以發送下一個字節數據
while(!(USART4->ISR & (0x1 << 7)));

//2.將要發送的字符，寫入到發送數據寄存器中
USART4->TDR = str;

//3.判斷發送數據是否發送完成
//讀0:發送數據沒有完成，需要等待
//讀1:發送數據完成，可以發送下一幀數據
while(!(USART4->ISR & (0x1 << 6)));
}

//3.發送一個字符串
void put_string(const char* str)
{
//判斷是否為''
//一個一個字符的進行發送
while(*str)
{
put_char(*str++);
}
put_char('n');
put_char('r');
}

//4.接收一個字符
char get_char()
{
char ch;
//1.判斷接收寄存器是否有數據可讀 ISR[5]
//讀0:沒有數據可讀，需要等待
//讀1:有數據可讀
while(!(USART4->ISR & (0x1 << 5)));

//2.將接收數據寄存器中的內容讀出來
ch = USART4->RDR;
return ch;
}

char buffer[50] = {0};
//5.接收一個字符串
char* get_string()
{
unsigned int i;
//1.循環進行接收
//2.循環實現：接收一個字符之后，發送一個字符
//當鍵盤回車建按下之后，代表字符串接收結束'r'
for(i=0;i<49;i++)
{
buffer[i] = get_char();
put_char(buffer[i]);
if(buffer[i] == 'r')
break;
}
//3.字符串補''
buffer[i] = '';
put_char('n');
return buffer;
}

        c.main.c文件

#include "uart4.h"

extern void printf(const char *fmt, ...);
void delay_ms(int ms)
{
int i,j;
for(i = 0; i < ms;i++)
for (j = 0; j < 1800; j++);
}


int main()
{
//1.調用初始化函數
uart4_init();

//2.發送字符串
put_string("uart4 test!!!!");

while(1)
{
//put_char(get_char()+1);
 put_string(get_string());
}
return 0;
}

測試結果

實現自己輸入一串字符串，串口 能夠接受并發送相同的字符串回來。

cortex-M4核通過UART串口實現數據的收發

步驟：

1.打開stm32cube軟件，左鍵點擊PB2和PG11引腳，設置為對應的模式，設置后為黃色。

 2.在左邊A-Z列表中尋找UART4參數，進行如下圖的設置會觀察到PB2和PG11引腳變成綠色

 3.導出keil程序，功能函數代碼中編寫fputc代碼

/*USER CODE BEGIN 0*/
int fputc(int ch,FILE* stream)
{
//判斷發送寄存器是否為空
while(!(huart4.Instance->ISR & (0x1<< 7)));
//將要發送的數據放入到發送寄存器中
huart4.Instance->TDR = ch;
//判斷是否'n'
if(ch == 'n')
{
//判斷發送寄存器是否為空
while(!( huart4.Instance->ISR & (0x1 << 7)));
huart4.Instance->TDR = 'r';
}
return ch;
}
/*USER CODE END 0 */

4.主函數代碼添加一句printf("uart4 test!!!n");觀察實驗現象如下圖。