【海棠派开发板】第十讲 USART-中断串口收发实验

10. USART-中断串口收发实验

10.1 实验内容

通过本实验主要学习以下内容：

• 使用中断进行串口收发

10.2 实验原理

10.2.1 串口寄存器介绍

串口有几个非常重要的寄存器需要读者理解。

数据接收寄存器（USART_RDATA）

数据发送寄存器（USART_RDATA）

发送时，除了发送数据寄存器，还有一个移位寄存器，当数据写入数据寄存器中，移位寄存器空闲的情况下，数据从数据寄存器中转移到移位寄存器，移位寄存器按照低bit——高bit的顺序将数据移位到IO口上。

接收时，接收到的数据保存在数据接收寄存器中，CPU或DMA可以从该寄存器中读接收到的数据。

状态寄存器（USART_STAT  ）

我们需要特别理解TBE、TC、RBNE、IDLE、OREE这几位。

1. TBE（发送空）：这个位置“1”表示现在可以往数据寄存器中写数据了，当移位寄存器空闲时，写入到数据寄存器中的数据则会转移到移位寄存器中，串口开始对外发送数据；
2. TC（发送完成）：发送数据时，当数据寄存器和移位寄存器都为空时，表示所有的数据都已经完成了，则TC置“1”，所以当连续发数据时，最后一个字节从移位寄存器中发送完，TC才会置起。
3. RBNE（接受非空）：当串口接受到一个字节数据，RBNE置“1”，此时CPU可以去数据寄存器中取数据，当使用了DMA接受，DMA自动将数据寄存器中数据搬走，当数据寄存器数据被读走/搬走，RBNE位自动清“0”；
4. IDLE（空闲）：该标志位用于检测接受空闲，当串口接受最后一个字节后，再往后一个字节时间内，没有接受到新的数据，则该位置“1”；

IDLE一般用于串口DMA接受中，DMA接受中，MCU无法知道发送方的数据个数，所以可以通过判断IDLE位（或IDLE中断）来判断发送方一帧数据发送结束了。

1. OREE（溢出错误）：当RBNE置位的情况，又接收到一个字节数据，则OREE位置“1”。

以上就是串口寄存器的介绍。本实验就是使用TBE中断和RBNE中断来实现中断收发数据，实验原理是RBNE中断用来接受数据，IDLE中断用于判断发送方数据结束，TBE中断用于发送数据。

10.3 硬件设计

本实验使用P1接口的PA9和PA10实现串口功能，硬件设计请见上一章。

10.4 代码解析

10.4.1 串口中断发送函数

在driver_uart.c中定义了串口中断发送函数：

C
Drv_Err driver_uart_int_transmit(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t *pbuff,uint16_t length)
{
__IO uint64_t timeout = driver_tick;
while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState==1){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) {
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;
return DRV_ERROR;
}
}

uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSuccess=0;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=1;
uartx->uart_control.p_Send=pbuff;
uartx->uart_control.SendSize=length;
uartx->uart_control.SendCount=0;

usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_TC);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_TBE);

return DRV_SUCCESS;
}

10.4.2 串口中断接受函数

在driver_uart.c中定义了串口中断接受函数：

C
Drv_Err driver_uart_int_receive(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t *pbuff,uint16_t length)
{
__IO uint64_t timeout = driver_tick;
while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState==1){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) {
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;
return DRV_ERROR;
}
}

if(usart_flag_get(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR))
{
usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR);
}

uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=0;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=1;
uartx->uart_control.p_Rec=pbuff;
uartx->uart_control.RecSize=length;
uartx->uart_control.RecCount=0;

usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_IDLE);

usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_RBNE);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_IDLE);

return DRV_SUCCESS;
}

10.4.3 main函数实现

以下为main函数代码：

C
int main(void)
{
//延时、共用驱动部分初始化
driver_init();
//初始化UART为中断模式，注册接受完成（IDLE）回调函数
BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_INT;
BOARD_UART.uart_mode_rx=MODE_INT;
BOARD_UART.uart_idle_callback=user_receive_complete_callback;
bsp_uart_init(&BOARD_UART);

bsp_led_init(&LED2);
bsp_led_init(&LED1);
bsp_led_on(&LED2);
bsp_led_off(&LED1);
//使能UART中断
nvic_irq_enable(USART0_IRQn,2,0);
delay_ms(100);
printf_log("uart interrupt mode sends and receives loopback packets of indefinite length.\r\n");
//启动UART中断接受，最长100byte
driver_uart_int_receive(&BOARD_UART,uart_rec_buff,100);

while (1)
{
//查询到接受完成回调函数标志
if(uart_receive_complete_flag==SET)
{
uart_receive_complete_flag=RESET;
//启动中断方式发送刚接受到的数据
driver_uart_int_transmit(&BOARD_UART,uart_send_buff,uart_receive_count);
printf_log("\r\n The received data is %s\r\n",uart_send_buff);
memset(uart_send_buff,0,100);
}
}
}

本例程main函数首先进行了延时函数初始化，再初始化UART为中断模式，接着配置串口BOARD_UART，开启串口中断NVIC，这里使用到了IDLE中断，TBE中断和RBNE中断，然后配置串口D中断接受，最长100个字节，所以我们可以给串口发送100个字节以下长度的数据。在while（1）循环中循环查询uart_receive_complete_flag标志位，当该标志位为“SET”时，表示IDLE中断被触发，一帧数据接受完，最后将接收到的帧数据通过中断发送方式原封不动发送到串口上。

10.4.4 中断函数

在bsp_uart.c中定义了串口中断处理函数

C
void USART0_IRQHandler(void)
{
driver_uart_int_handler(&BOARD_UART);
}

在driver_uart.c中定义了driver_uart_int_handler函数：

C
Drv_Err driver_uart_int_handler(typdef_uart_struct *uartx)
{
Drv_Err uart_state=DRV_SUCCESS;
if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_RBNE)!=RESET)
{
if(uartx->uart_control.RecCount < uartx->uart_control.RecSize){
uartx->uart_control.p_Rec[uartx->uart_control.RecCount]=usart_data_receive(uartx->uart_x);
uartx->uart_control.RecCount++;
}
else{
usart_data_receive(uartx->uart_x);
uart_state=DRV_ERROR;
//err 溢出
}
if(uartx->uart_rbne_callback!=NULL){
uartx->uart_rbne_callback(uartx);
}
//callback
if(uartx->uart_control.RecCount == uartx->uart_control.RecSize){
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;
uartx->uart_control.RecCount=0;
}
}
if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE)!=RESET)
{
usart_interrupt_flag_clear(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE);
if( (uartx->uart_mode_rx==MODE_INT && uartx->uart_control.RecCount>0) \
||(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA && dma_transfer_number_get(uartx->uart_rx_dma->dmax,uartx->uart_rx_dma->dma_chx)!=uartx->uart_control.RecSize))
{
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;

if(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA){
uartx->uart_control.RecCount=uartx->uart_control.RecSize-dma_transfer_number_get(uartx->uart_rx_dma->dmax,uartx->uart_rx_dma->dma_chx);
}
//callback
if(uartx->uart_idle_callback!=NULL){
uartx->uart_idle_callback(uartx);
}
}

}

if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_TBE)!=RESET)
{
usart_data_transmit(uartx->uart_x,uartx->uart_control.p_Send[uartx->uart_control.SendCount]);
uartx->uart_control.SendCount++;

if(uartx->uart_tbe_callback!=NULL){
uartx->uart_tbe_callback(uartx);
}

if(uartx->uart_control.SendCount >= uartx->uart_control.SendSize)
{
uartx->uart_control.SendCount=0;
usart_interrupt_disable(uartx->uart_x, USART_INT_TBE);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x, USART_INT_TC);
}
}

if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_TC)!=RESET)
{
usart_interrupt_disable(uartx->uart_x, USART_INT_TC);
usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_TC);

if( !(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA && dma_transfer_number_get(uartx->uart_tx_dma->dmax,uartx->uart_tx_dma->dma_chx)!=0) )
{
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSuccess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;

if(uartx->uart_tc_callback!=NULL){
uartx->uart_tc_callback(uartx);
}

uartx->uart_control.SendCount=0;
}
}

if(usart_flag_get(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR)==SET)
{
usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR);
uart_state=DRV_ERROR;
}

return uart_state;

}

10.5 实验结果

使用串口调试助手发送一帧数据到MCU，MCU会将这帧数据回发到串口调试助手中。