cortex-A7核通过UART串口实现数据的收发

1.简单理解总线

总线即为各个部位之间通信的一种媒介，芯片内部的总线控制的是内部各个控制器和核之间的通信，例如SOC通过AHB4总线可以和RCC控制器进行通信，芯片外部的总线控制的是芯片外部各个外设之间的通信，例如SOC通过UART串口控制TARGET（目标外设）。

2.简单理解串口的连接方式

a.直连方式

一共有三根线：RXD（接收数据线）/TXD（发送数据线）/GND（地线）。

b.usb转串口连接方式

SOC----->TTL电平，高电平：+5v，低电平：0v。

串口电平------>RS232电平，低电平：+15v ~ +3V，高电平：-15v ~ -3v。

c.st-link仿真器连接方式

ST-LINK仿真器能够完成USB口和串口之间的转换，在ST-LINK仿真器内部有一个芯片（STM32F103），这个芯片能够完成USB口和串口之间的转换，在STM32F103内部固化一段程序，这段程序不开源，这段程序可以完成USB口和串口之间的转换。

3.串口通信协议

a.串口配置信息

串口采用串行通信方式，因为收发数据时，一个时钟周期只能收发一位数据，波特率也叫bps（比特率），单位是二进制/秒，即为串口通信时，传输的速率，1s钟能够收发数据的位数，而上图中115200bps表示1秒钟可以收发115200bit数据，波特率的倒数为传输每位数据需要的时间，8N1代表八位数据位，没有奇偶校验位，一位停止位。

b.串口的通信协议

空闲态：UART总线不在传输数据的时候，总线处于空闲状态，为高电平

起始信号：开始信号，串口通信的开始标志位

数据位：串口发送数据，先发低位，再发高位

奇偶校验位：奇校验即为数据位和校验位1的个数为奇数，偶校验则反之

停止信号：发送数据结束，回到高电平状态，校准时钟信号

校准时钟信号的目的是因为串口采用的异步通信方式，双方都有自己独立的时钟源，虽然设置了双方的时钟源保持一致，但是在发送数据时，每发送一帧数据时都会产生误差，越往后，发送的数据越多，累计误差越大，所以每发送一帧数据之后，需要校准时钟信号。

4.电路图分析

分析电路图可得知UART4_RX对应的PB2引脚，UART4_TX对应的是PG11引脚。

5.框图分析

通过框图分析可知，需要分析芯片手册RCC，GPIO，UART章节

分析思路：设置GPIOG/GPIOB引脚为复用功能

设置UART4串口初始化

实现数据的收发

6.RCC章节分析

a.使能GPIO控制器

使GPIO控制器使能需要通过AHB4总线，RCC控制GPIO则需要通过RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器来使对应的GPIO端口使能，通过2.5.2章节可知基地址为0x50000000，而RCC_MP_AHB4ENSETR寄存器的偏移地址为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寄存器对应的地址的第一位和第六位设置为1。

b.使能UART4控制器

通过RCC_MP_APB1ENSETR寄存器设置UART4控制器使能，确定RCC_MP_APB1ENSETR寄存器的地址为0x50000A00，使能UART4控制器则需要设置RCC_MP_APB1ENSETR寄存器对应的地址内容第十六位为1。

7.GPIO章节分析

a.GPIOx_MODER寄存器分析

通过GPIOx_MODER寄存器设置PB2/PG11引脚为复用功能，确定GPIOB地址为0x50003000，GPIOG地址为0x50008000，通过设置GPIOB_MODER的第5位到第4位为10来使PB2引脚为复用功能和GPIOG_MODER的第23位到第22位为10来使PG11引脚为复用功能。

b.GPIOx_AFRL寄存器分析

通过GPIOB_AFRL寄存器设置PB2引脚为复用功能UART4_RX，确定GPIOB_AFRL地址为0x50003020，通过修改GPIOB_AFRL寄存器的第11位到第8位位1000来设置PB2引脚为复用功能UART4_RX。

c.GPIOx_AFRH寄存器分析

通过GPIOG_AFRH寄存器设置PG11引脚为复用功能UART4_TX，确定GPIOG_AFRH地址为0x50008024，通过修改GPIOG_AFRH寄存器的第15位到第12位为0110来设置PG11引脚为复用功能UART4_TX。

为何有GPIOx_AFRL和GPIOx_AFRH两个复用功能寄存器，因为这个寄存器每四位管理一个引脚，一个寄存器最多管理8个寄存器，但是GPIO每组一共有16个引脚，所以需要两个这样的寄存器。

7.UART章节分析

a.UART框图分析

通过以上分析可知：

USART_CR1：设置数据位宽度，以及将相应位进行使能

USART_CR2：设置停止位

USART_BRR：设置波特率---->设置的采样率有关

USART_RDR ：设置接收数据寄存器

USART_TDR ：设置发送数据寄存器

USART_ISR：设置状态寄存器

USART_PRESC ：设置时钟分频器

b.USART_CR1寄存器分析

确定USART_CR1寄存器的地址为基地址+偏移地址=0x40010000+0x00-0x40010000

设置串口为八位数据位需要将USART_CR1寄存器的第28位和第12位设置为0，设置串口16倍采样率需要将USART_CR1寄存器的第15位设置为0，设置串口无奇偶校验位需要将USART_CR1寄存器的第10位设置为0，设置串口发送寄存器使能需要将USART_CR1寄存器的第3位设置为1，设置串口接受寄存器使能需要将USART_CR1寄存器的第2位设置为1，设置串口接受使能需要将USART_CR1寄存器的第0位设置为1。

c.USART_CR2寄存器分析

确定USART_CR2寄存器地址为基地址+偏移地址=0x40010000+0x04=0x40010004

通过USART_CR2寄存器分析得知设置串口一位停止位需要将USART_CR2寄存器的第13位到第12位设置为00。

d.USART_BRR寄存器分析

确定USART_BRR寄存器地址为基地址+偏移地址=0x40010000+0x0C=0x4001000C

设置串口波特率为115200与采样率有关，系统提供的串口时钟源为64MHZ，BRR=64MHZ/115200=0x22b，所以设置确定USART_BRR寄存器内容为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

确定USART_ISR寄存器地址为基地址+偏移地址=0x40010000+0x1C=0x4001001C。

USART_ISR寄存器的第7位为判断发送寄存器是否为空，这位只可以读。特点：如果发送数据寄存器为空，才可以发送下一个字节的数据（该位为1），如果发送寄存器为满，则需要等待发送数据寄存器为空（该位为0）。

USART_ISR寄存器的第6位为判断一帧数据是否发送完成，这位只可以读。特点：如果发送数据完成之后，才可以发送下一帧数据，读0：发送数据没有完成，需要等待读1：发送数据完成，可以发送下一帧数据。

USART_ISR寄存器的第5位为判断接收数据寄存器是否有数据可读，这位只可以读。特点：接收数据寄存器有数据，才可以读数据，读0：没有接收到数据，需要等待读1：接收到数据，可以读这个数据。

8.代码编写（实现接受发送一个字符串现象）

a.uart4.h文件

#ifndef __UART4_H__
#define __UART4_H__
#include "stm32mp1xx_uart.h"
#include "stm32mp1xx_rcc.h"
#include "stm32mp1xx_gpio.h"//1.初始化函数
void uart4_init();
//2.发送一个字符
void put_char(const char str);
//3.发送一个字符串
void put_string(const char* str);//4.接收一个字符
char get_char();//5.接收一个字符串
char* get_string();#endif

b.uart4.c文件

#include "uart4.h"extern void delay_ms(int ms);//1.初始化函数
void uart4_init()
{
/*******RCC章节初始化******/
//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章节初始化******/
//PB2---->UART4_Rx
//PG11----->UART4_Tx
//1.设置PB2引脚为复用功能 MODER[5:4] = 10
GPIOB->MODER &= (~(0x3 << 4));
GPIOB->MODER |= (0x1 << 5);
//2.设置PB2引脚复用功能为UART4_Rx AFRL[11:8] = 1000
GPIOB->AFRL &= (~(0xf << 8));
GPIOB->AFRL |= (0x1 << 11);//3.设置PG11引脚为复用功能 MODER[23:22] = 10
GPIOG->MODER &= (~(0x3 << 22));
GPIOG->MODER |= (0x1 << 23);
//4.设置PG11引脚复用功能为UART4_Tx  AFRH[15:12] = 0110
GPIOG->AFRH &= (~(0xf << 12));
GPIOG->AFRH |= (0x3 << 13);/*******UART章节初始化******/
if(USART4->CR1 & (0x1 << 0))
{
delay_ms(500);
//将UE为禁止 CR1[0] = 0
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 0));}
//1.串口初始化 8位数据位 无奇偶校验位 CR1[28][12]=00 CR1[10]=0
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 28));
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 12));
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 10));
//2.设置串口一位停止位 CR2[13:12] = 00
USART4->CR2 &= (~(0x3 << 12));
//3.设置串口16倍采样率 CR1[15] = 0
USART4->CR1 &= (~(0x1 << 15));
//4.设置串口不分频 PRESC[3:0] = 0000
USART4->PRESC &= (~(0xf << 0));
//5.设置串口波特率115200   BRR = 0x22b
USART4->BRR = 0x22b;
//6.设置串口发送器使能 CR1[3] = 1
USART4->CR1 |= (0x1 << 3);
//7.设置串口接收器使能 CR1[2] = 1
USART4->CR1 |= (0x1 << 2);
//8.设置串口使能 CR1[0] = 1
USART4->CR1 |= (0x1 << 0);
}//2.发送一个字符
void put_char(const char str)
{
//1.判断发送数据寄存器是否有数据 ISR[7]
//读0:发送数据寄存器满，需要等待
//读1:发送数据寄存器为空，才可以发送下一个字节数据
while(!(USART4->ISR & (0x1 << 7)));//2.将要发送的字符，写入到发送数据寄存器中
USART4->TDR = str;//3.判断发送数据是否发送完成
//读0:发送数据没有完成，需要等待
//读1:发送数据完成，可以发送下一帧数据
while(!(USART4->ISR & (0x1 << 6)));
}//3.发送一个字符串
void put_string(const char* str)
{
//判断是否为'\0'
//一个一个字符的进行发送
while(*str)
{
put_char(*str++);
}
put_char('\n');
put_char('\r');
}//4.接收一个字符
char get_char()
{
char ch;
//1.判断接收寄存器是否有数据可读 ISR[5]
//读0:没有数据可读，需要等待
//读1:有数据可读
while(!(USART4->ISR & (0x1 << 5)));//2.将接收数据寄存器中的内容读出来
ch = USART4->RDR;
return ch;
}char buffer[50] = {0};
//5.接收一个字符串
char* get_string()
{
unsigned int i;
//1.循环进行接收
//2.循环实现：接收一个字符之后，发送一个字符
//当键盘回车建按下之后，代表字符串接收结束'\r'
for(i=0;i<49;i++)
{
buffer[i] = get_char();
put_char(buffer[i]);
if(buffer[i] == '\r')
break;
}
//3.字符串补'\0'
buffer[i] = '\0';
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.调用初始化函数
uart4_init();//2.发送字符串
put_string("uart4 test!!!!");while(1)
{
//put_char(get_char()+1);put_string(get_string());
}
return 0;
}

测试结果

实现自己输入一串字符串，串口能够接受并发送相同的字符串回来。

cortex-M4核通过UART串口实现数据的收发

步骤：

1.打开stm32cube软件，左键点击PB2和PG11引脚，设置为对应的模式，设置后为黄色。

2.在左边A-Z列表中寻找UART4参数，进行如下图的设置会观察到PB2和PG11引脚变成绿色

3.导出keil程序，功能函数代码中编写fputc代码

/*USER CODE BEGIN 0*/
int fputc(int ch,FILE* stream)
{
//判断发送寄存器是否为空
while(!(huart4.Instance->ISR & (0x1<< 7)));
//将要发送的数据放入到发送寄存器中
huart4.Instance->TDR = ch;
//判断是否'\n'
if(ch == '\n')
{
//判断发送寄存器是否为空
while(!( huart4.Instance->ISR & (0x1 << 7)));
huart4.Instance->TDR = '\r';
}
return ch;
}
/*USER CODE END 0 */

4.主函数代码添加一句printf("uart4 test!!!\n");观察实验现象如下图。

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