STM32F030 Nucleo-開(kāi)發(fā)調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)USART的重要性

先聲明一點(diǎn)，我自己不是高手，也不是大神，只是積累了一點(diǎn)點(diǎn)，想分享一下罷了!

還記得那會(huì)我在初學(xué)51單片機(jī)時(shí)，當(dāng)?shù)弥狿89V51系列單片機(jī)支持在線(xiàn)仿真、跟蹤代碼時(shí)，那是一個(gè)興奮啊，無(wú)論如何都要弄一個(gè)來(lái)玩玩，進(jìn)行代碼跟蹤!

當(dāng)在開(kāi)始接觸和學(xué)習(xí)STM32是，那時(shí)候知道了J-Link的存在，它出了燒錄，也能代碼跟蹤，單步執(zhí)行。最后有知道了St-Link的存在，它針對(duì)意法半導(dǎo)體的MCU作調(diào)試和燒錄!當(dāng)然了，還有ST-Link和J-Link的各種針對(duì)于STM32的兼容用法。但知道當(dāng)我開(kāi)始使用別人的代碼進(jìn)行開(kāi)發(fā)的時(shí)候，無(wú)可想象，使用J-link或者ST-Link進(jìn)行在線(xiàn)仿真調(diào)試(代碼跟蹤)顯得矯情了!

對(duì)于最底層的硬件驅(qū)動(dòng)調(diào)試來(lái)說(shuō)，使用J-link或者ST-Link進(jìn)行代碼跟蹤效果是比較可觀(guān)的，因?yàn)橹灰驗(yàn)槲覀兛梢钥吹郊拇嫫鞯闹颠M(jìn)行邏輯的判斷和配置正確與否的判斷。當(dāng)然，也可以在某些特殊的情況的要求下，進(jìn)行代碼的優(yōu)化，也可以使用。至于其他的情況，自我感覺(jué)使用J-Link/ST-Link進(jìn)行代碼跟蹤顯得很矯情了!

通常一個(gè)大的項(xiàng)目或者一個(gè)產(chǎn)品項(xiàng)目中，整一個(gè)軟件程序基本上不可能是同一個(gè)人寫(xiě)的，可能同事寫(xiě)的，也有可能是芯片原廠(chǎng)提供的方案，而且各個(gè)程序員的風(fēng)格各異(對(duì)于對(duì)編程風(fēng)格有要求的公司，情況可能會(huì)好一點(diǎn)，總之有些程序員的程序風(fēng)格可以叫做慘不忍睹，總之，在調(diào)試程序一天，你就會(huì)罵他娘一天，直到罵到公司不再使用這個(gè)方案或者你辭職，也不知道這類(lèi)程序員是咋想的，為毛原意讓人家罵他娘，他都不愿意修正或者學(xué)習(xí)一下風(fēng)格)，除了這些還有這項(xiàng)技術(shù)的難度、算法的復(fù)雜程度等等，所以通常會(huì)將軟件進(jìn)行分層，最底層就是啟動(dòng)之后硬件驅(qū)動(dòng)了，然后就是與硬件無(wú)關(guān)的功能代碼了(當(dāng)然，我只是隨便舉個(gè)例子，比如Linux、Android這些程序就分成了好幾層，而且非常復(fù)雜)，還有就是，有些技術(shù)是原廠(chǎng)或者方案公司不方便外漏的技術(shù)，所以他們所提供的二次開(kāi)發(fā)包SDK通常關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)封裝成庫(kù)，那么使用J-Link/ST-Link來(lái)調(diào)試跟蹤代碼已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)了，因?yàn)樵谝粋€(gè)項(xiàng)目中我們不可能了解到全部的代碼，也不可能去看全部的代碼，只因?yàn)闆](méi)有時(shí)間。通?？赡芪覀冎恍枰雷约贺?fù)責(zé)的這部分的邏輯流程和進(jìn)入接口和向外輸出接口即可，也就是說(shuō)，我們自己只能在小小的空間里面做事，萬(wàn)萬(wàn)不能越界。這時(shí)候，UART/USART同步/異步串行口通信將起到了巨大的作用。很簡(jiǎn)單，只需在其接口Tx和Rx與PC機(jī)建立串口通信，使用串口調(diào)試助手與其通信(打印或者輸入標(biāo)志到MCU)，即可通過(guò)串口調(diào)試助手的打印現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行代碼的跟蹤。說(shuō)白了，就是在我們代碼的某處(需要的地方)將某些標(biāo)志或者數(shù)據(jù)打印出來(lái)，既可以輕易的對(duì)代碼進(jìn)行跟蹤。就可以知道代碼的執(zhí)行邏輯和步驟。我現(xiàn)在這可比J-Link/ST-Link簡(jiǎn)單多了。

所以，基于這樣的一個(gè)思想，每當(dāng)我進(jìn)行新的硬件代碼調(diào)試時(shí)(不管是自己寫(xiě)驅(qū)動(dòng)還是使用SDK包)，只要硬件支持UART/USART，第一件事就是點(diǎn)燈(能夠控制GPIO口)和調(diào)通UART/USART(以便進(jìn)行代碼的調(diào)試)，這兩點(diǎn)自我覺(jué)得是非常重要的。

到這里，基本上經(jīng)驗(yàn)之談已經(jīng)結(jié)束，下面就記錄一下STM32F030 Nucleo板卡的學(xué)習(xí) 。

首先，有必要搞清楚幾點(diǎn)：

(1)UART和USART之間的區(qū)別：

UART：Universal Asynchronous Receiver and Transmitter，通用異步收發(fā)器，[Bus Signal] Tx , Rx

51單片機(jī)上面的就是這個(gè)了，ARM架構(gòu)的MCU/CPU部分也還支持。

USART：Universal Synchronous Asynchronous Receiver and Transmitter，通用同步異步收發(fā)器，[Bus Signal]Tx , Rx , CK

從名字上，就可以看出了，USART比UART高大上多了，只是在UART之上增強(qiáng)了通信協(xié)議。

USART支持同步模式，因此USART需要同步信號(hào)USART_CK(仔細(xì)的觀(guān)察STM32單片機(jī)，就可以發(fā)現(xiàn)這樣的引腳)，通常同步信號(hào)通信相對(duì)而言是比較少用的，所以通常的調(diào)試中，UART和USART的使用方式是一樣的，都使用異步模式。

(2)STM32 USART通信的各種模式：

不用多說(shuō)，我相信看到這個(gè)表就一目了然了!

當(dāng)然，通過(guò)MAX485或者RS485等芯片，UART/USART接口可以作為458通信接口。

那么現(xiàn)在就要把牛客板卡的USART1調(diào)通，與PC機(jī)進(jìn)行串口通信，

(1)找到使用的USART1引腳。

查看Datasheet，得知如下圖：

STM32F030 USATU1的復(fù)用第一功能引腳就如上了，其中有GPIOA8作為USART1_CK，同步模式時(shí)作為USART同步通信的同步時(shí)鐘引腳;GPIOA9腳為USART1通信時(shí)的發(fā)送引腳;GPIOA10腳作為USART1通信時(shí)的接收引腳;GPIOA11和GPIOA12引腳作為USART1通信當(dāng)使用硬件流控時(shí)，作為流控控制引腳。然而，在這里咱不玩什么同步模式，也不玩流控，所以只需要配置GPIOA9和GPIOA10引腳即可。

(2)找到?？桶蹇ǖ腢SART1的引腳位置。

查看牛客板卡的用戶(hù)手冊(cè)《STM32 Nucleo-64 boards》，找到下圖：

(3)在庫(kù)中找到USART相關(guān)的接口。

先確定要調(diào)試功能：

打開(kāi)GPIO時(shí)鐘和USART1時(shí)鐘，選擇時(shí)鐘源，配置復(fù)用IO模式：

void RCC_AHBPeriphClockCmd(uint32_t RCC_AHBPeriph, FunctionalState NewState); //GPIO時(shí)鐘使能函數(shù)

void RCC_APB2PeriphClockCmd(uint32_t RCC_APB2Periph, FunctionalState NewState); //USART1時(shí)鐘使能函數(shù)

void RCC_USARTCLKConfig(uint32_t RCC_USARTCLK);//USART1時(shí)鐘源選擇函數(shù)

void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF);//IO口復(fù)用配置函數(shù)。

配置GPIO口：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

USART初始化并啟動(dòng)USART通信：

void USART_Init(USART_TypeDef* USARTx, USART_InitTypeDef* USART_InitStruct);//USART初始化函數(shù)

void USART_Cmd(USART_TypeDef* USARTx, FunctionalState NewState);//USART使能函數(shù)

void USART_ClearFlag(USART_TypeDef* USARTx, uint32_t USART_FLAG);//USART清標(biāo)志函數(shù)

配置中斷：

對(duì)于USART的接收功能來(lái)說(shuō)，可以使用兩種方式，分別是循環(huán)檢測(cè)接收方式和中斷方式接收數(shù)據(jù)，前一種方式會(huì)阻塞占用MCU，導(dǎo)致效率低下，而中斷方式接收數(shù)據(jù)則不會(huì)阻塞，所以這里使用中斷方式接收數(shù)據(jù)。

void USART_ITConfig(USART_TypeDef* USARTx, uint32_t USART_IT, FunctionalState NewState);//USART中斷使能函數(shù)

void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct);//嵌套向量中斷控制器初始化配置函數(shù)

接收和發(fā)送數(shù)據(jù)：

FlagStatus USART_GetFlagStatus(USART_TypeDef* USARTx, uint32_t USART_FLAG);//獲取USART狀態(tài)標(biāo)識(shí)函數(shù)

uint16_t USART_ReceiveData(USART_TypeDef* USARTx);//USART讀取數(shù)據(jù)函數(shù)

void USART_SendData(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t Data);//USART發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)

那么這么多函數(shù)是從哪里找的呢??答案是，在keil上搜索得到的，所以這種開(kāi)發(fā)的方式就是，當(dāng)調(diào)試某個(gè)功能時(shí)，找到與之相關(guān)的文件比如：stm32f0xx_usart.c和stm32f0xx_usart.h文件，其由于GPIO相關(guān)，又去找stm32f0xx_gpio.c和stm32f0xx_gpio.h文件，其時(shí)鐘還與RCC相關(guān)，就去找stm32f0xx_rcc.c和stm32f0xx_rcc.h文件，又還與NVIC相關(guān)，所以又去找stm32f0xx_misc.c和stm32f0xx_misc.h文件?？傊褪且痪湓?huà)，它需要什么就給它什么。

還有個(gè)問(wèn)題就是，你咋知道先配置什么，再配置什么的???答案是：其實(shí)我也不知道，是參考手冊(cè)或者編程手冊(cè)告訴我的，比如下圖：

圖已經(jīng)告訴咱數(shù)據(jù)是怎么傳輸?shù)牧?，?yīng)該配置啥寄存器等等，那咱不就是知道怎么配置了么》??就是這樣的。

(4)配上COMS電平轉(zhuǎn)TTL電平的模塊，比如MAX232，MAX3232，RS232，PL2303等。與PC機(jī)連接通信。

我用的就是上圖這種模塊了，連接是：

MCU_Tx---------模塊Rx

MCU_Rx---------模塊Tx

然后就與PC機(jī)連接，再連上串口調(diào)試助手。

OK!到這里就還有一點(diǎn)要講的了!那就是波特率，其實(shí)就是單片機(jī)或計(jì)算機(jī)串口通信時(shí)的速率。其實(shí)在手冊(cè)當(dāng)中也給咱講的一清二楚了，

人家講的很清楚，還給咱舉了例子，如何計(jì)算，如何配置。其實(shí)如上圖的計(jì)算過(guò)程只是對(duì)于玩操作寄存器的人才需要考慮的計(jì)算，如果直接用庫(kù)函數(shù)開(kāi)發(fā)，直接指定波特率就好了。

還有就是，普通的通信應(yīng)該配置成什么呢???三個(gè)字“8N1，無(wú)奇偶”，啥意思呢??8個(gè)數(shù)據(jù)為，無(wú)流控，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，就是這么簡(jiǎn)單。

且看庫(kù)的配置結(jié)構(gòu)體：

指定波特率，設(shè)置數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度8位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，輸入和輸出模式，無(wú)流控。如下圖：

具體初始化如下：

USART初始化：

NVIC初始化：

初始化就如上了。

那么，咱要發(fā)送數(shù)據(jù)哇!所以，咋就寫(xiě)寫(xiě)：

發(fā)送一個(gè)字節(jié)：

發(fā)送字符串：

發(fā)送十進(jìn)制數(shù)據(jù)：

OK!發(fā)送的就是這樣，沒(méi)什么好解釋的!哈哈!

但是，如果用來(lái)進(jìn)行調(diào)試的話(huà)，以上方法好像不太給力哦，為毛呢??比如所咱想發(fā)送字符串和數(shù)據(jù)混雜呢》》按照上面的方法，那可得寫(xiě)好幾句打印函數(shù)呢!嘿嘿!那咱就把ANSI標(biāo)準(zhǔn)C的printf移植過(guò)來(lái)用吧!腫么玩呢??其實(shí)，兩步就好：

(1)包含頭文件#include

(2)如下圖：

這幾個(gè)意思呢??而且，明眼人一看就能看見(jiàn)，在咱的工程中，壓根就沒(méi)有調(diào)用int fputc(int ch, FILE *f)這個(gè)函數(shù)，只是寫(xiě)在那里了而已，哈哈!其實(shí)呢，int fputc(int ch, FILE *f)函數(shù)是printf函數(shù)開(kāi)放的一個(gè)從硬件讀取數(shù)據(jù)的接口，那么在哪里調(diào)用呢??肯定在C標(biāo)志庫(kù)調(diào)用啦!只是咱看不到罷了。所以，不用管它，寫(xiě)上就好!哈哈!

這樣，咱就能在工程中直接使用printf函數(shù)了，至于怎么使用，不會(huì)的話(huà)，自己好好的去學(xué)習(xí)C吧。

發(fā)送數(shù)據(jù)講完了，咱就說(shuō)說(shuō)接收數(shù)據(jù)了，我在這里就簡(jiǎn)單的表示一下，具體的還要看實(shí)際應(yīng)用的需要修改。

首先咱得找到stm32f0xx_it.c文件，然后再文件中任意位置寫(xiě)函數(shù)

void USART1_IRQHandler(void)

{

}

那么這個(gè)函數(shù)名從哪來(lái)的呢??又是干啥的呢??

還記得前面提到的在啟動(dòng)文件建立的中斷向量表嗎?打開(kāi)startup_stm32f030.s文件，中斷向量表如下：

沒(méi)錯(cuò)，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，MCU會(huì)：

(1)將現(xiàn)有數(shù)據(jù)保存在相應(yīng)寄存器中，即保存現(xiàn)場(chǎng)

(2)跳轉(zhuǎn)到中斷向量表中查詢(xún)發(fā)生中斷的外設(shè)，并找到中斷入口地址

(3)執(zhí)行中斷功能

(4)跳出中斷，從相應(yīng)寄存器中讀取數(shù)據(jù)，即恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

中斷的過(guò)程就是上面這幾個(gè)了，那么void USART1_IRQHandler(void)函數(shù)就是USART1的中斷入口地址了，就是這么簡(jiǎn)單。再多說(shuō)一點(diǎn)就是，有些人說(shuō)，看見(jiàn)別人在函數(shù)的任意位置填寫(xiě)任意的函數(shù)，他就直接成了中斷函數(shù)了，為毛這里要有ST規(guī)定了名字啊???其實(shí)我想說(shuō)，只要你開(kāi)心，想怎么樣都可以;首先，void USART1_IRQHandler(void)函數(shù)可以存在于工程中的任意C文件，再就是，如果想自己命名，那就修改一下中斷向量表的名字為你想要的名字即可，只要你開(kāi)心。

OK!實(shí)現(xiàn)就如下圖了：

上圖首先檢測(cè)USART1讀標(biāo)志，然后讀取數(shù)據(jù)，再然后將其打印出來(lái)個(gè)咱看，數(shù)據(jù)是否發(fā)送成功。然后情況標(biāo)志位。在這里只是驗(yàn)證通信的成功。

所以當(dāng)我們從串口調(diào)試助手發(fā)送數(shù)據(jù)后，發(fā)送的數(shù)據(jù)有會(huì)在串口調(diào)試助手上面打印出來(lái)，有點(diǎn)像回顯。哈哈!就是這么簡(jiǎn)單了!

具體的主程序調(diào)用如下：

很簡(jiǎn)單!一直在輸出!哈哈!OK了!

這些只是個(gè)人調(diào)試和理解，如若有誤，請(qǐng)諒解!