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[导读]01 前言 STM32上hello world,说白了就是使用串口向PC上的上位机软件或者串口调试助手发送字符串。 串口的使用方法百度一下就能知道了,简单来说就是下面这样。 uint8_t buff[BUFF_SIZE];//定义一个缓存数组 HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, B


01

前言


STM32上hello world,说白了就是使用串口向PC上的上位机软件或者串口调试助手发送字符串。


串口的使用方法百度一下就能知道了,简单来说就是下面这样。

uint8_t buff[BUFF_SIZE];//定义一个缓存数组
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE);//打开串口接收中断

串口中断打开之后,当接收到BUFF_SIZE个数据后就会进入

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

然后我们就可以在上面这个函数下操作收到的数据啦,简单方便快捷。当然实际操作一遍后大家就会发现,这个程序只能进入一次中断,之后就再也收不到数据了,这是因为HAL库在每次进入串口中断时都会把这个中断关闭,所以我们处理完数据之后,要重新打开中断。

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ //处理数据...
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE);}

而发送数据呢,就用

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE,0xffff);

知道串口怎么用了,我们就可以想办法hello world。重定向printf的方法百度一搜一大片,fputc这个函数是_weak定义的,自己写一个就可以覆盖过去了。

int fputc(int ch, FILE *f){ HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 10xffff); return ch;}

然后写下终极代码,完美。

printf("hello world\r\n");

上面的内容百度上可以找到很多很多文章,而且讲的又详细又生动,这里我只是带大家复习一下,如果你能够熟练掌握上面的内容了,那接下来就可以进入正题,看看如何变得更优雅。

02

变优雅第一步

我们实际运行这个代码,发现在串口接收几次数据之后,又突然会再也接收不到数据了。因为即使你记得在处理完数据之后及时打开了接收中断,开启中断的的函数也不一定总是能正确开启,我一直觉得这是HAL库的一个坑。我翻了很久的百度,终于找到一种解决方案。

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ //处理数据...
int i=0; while(HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&buff,1) != HAL_OK ) { i++; if(i>10000) { huart6.RxState=HAL_UART_STATE_READY; __HAL_UNLOCK(&huart1); i=0; } }}

事情就是这么神奇,单单执行一句开中断不一定能成功的,开完还要检查一下是不是真的开成功了,不行的话再打开一下试试,试了10000次还不行,生气了,强制开。

03

变优雅第二步


百度上看到的串口教程,大家都是用下面这个函数

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE,0xffff);

就是说,CPU找到串口,给串口huart1安排好任务:

从这个buff的地址开始,挨个发BUFF_SIZE个数据,我就在边上守着,等你0XFFFF的时间,干不完就别给我干了!


其实看到这么个代码我是很生气的,CPU作为大领导,员工干活的时候不去喝咖啡?在边上守着?这成何体统?


优雅的办法肯定是CPU交代好任务之后,转身去忙自己的事情了,而串口接到命令之后,默默完成任务,然后再跟CPU汇报一下。所以我们不光接收要用中断,发送也要用中断。


所以我们要用下面这个串口中断发送的函数

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)buff, BUFF_SIZE);

这个函数会使能发送中断,然后挨个发数据,发完之后执行一个回调函数,然后自己关掉发送中断。一条龙服务,用户什么都不用管。如果用户想多管闲事,可以把代码写在回调函数里。


于是乎,我们优雅地把串口发送改用中断的方式,那我们重定向的fputc可以写成

int fputc(int ch, FILE *f){ HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1); return ch;}

这样我们可以用先前的方法快乐地hello world了。

printf("hello world\r\n");

爱动手的小伙伴一旦尝试一下就会发现,这傻逼的文章里的代码都没法跑,hello world发了个h就不发了???

那么这是为什么呢?我们来分析一下这个程序执行的过程。printf里是把格式化好的字符一个一个交给fputc发送的,当发送第一个字符'h'时,串口处于空闲状态,能够正确地使能串口发送中断。因此,字符'h'正确发送。


但我们注意到,CPU给串口安排好工作后,并没有在原地等待,而是去执行后续的任务了,那后续的任务就是发送字符'e'。CPU再次来到fputc函数内,再次执行

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1);

由于CPU的运行速度比串口快得多,此时串口还没有完成先前的字符'h'的发送任务,串口处于忙碌的状态,因此现在是无法正确打开串口发送中断的,因此字符'e'发送失败。后续的字符也是同样的情况。


这就说明,采用中断发送方式时,连续发送是会发送失败的,串口就只有这点速度,你枪顶着他脑袋他也快不起来。在每次使用串口发送中断时,都要检查一下是否正确打开了中断,和先前提到的串口接收中断一样,打开中断并不是总能成功的。于是,我们修改fputc函数成下面的样子。

int fputc(int ch, FILE *f){ while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1)!=HAL_OK); return ch;}

这样子,CPU不断地尝试打开串口中断直至成功为止。由于串口要完成先前的任务后才会由BUSY状态变成READY状态,所以这里际就是在等待串口发送。

仔细一想这个过程我们会发现,这不傻逼吗?用中断发送就是为了不堵塞CPU的工作,结果搞了半天,还是在这儿堵着?


那我们还是要进一步改进一下。如果使用了多线程的话,那我们可以进行任务切换,让CPU切换到别的线程工作一会儿。

int fputc(int ch, FILE *f){ while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1)!=HAL_OK) { osDelay(1);//ARM CMSIS的API,相当于一般理解的sleep_ms(1); } return ch;}

但是这也有一个很明显的问题,CPU虽然释放出来了,但是串口堵了啊。当我们连续发送字符的时候,CPU总是会在前一个字符发送完成之前尝试发送下一个字符,然后中断打开失败,进入osDelay(1),要等1ms之后才会回来。这其实是非常慢的,hello world要大约10ms才能发送完毕,串口以1ms一个数据的速度发送,这依然不优雅。

要么CPU堵,要么串口堵,总有一个要等待,这可怎么办呢?我们回顾一下串口中断的API

AL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

明显看到这个函数的第三个参数是一个size,它可以一次设置发送很多个数据,但我们在fputc中使用时,由于fputc是单个字符发送的,因此我们只能把size设置成1。如果能够一口气把所有要发送的数据都设置好,我们就不用重复地打开中断了,也就避免了前述的尴尬。

所以接下来要做的便是避开fputc这个令人尴尬的单个字符发送的函数,可是printf就是用这个函数的呀,要避开fputc,就不能用printf。我们自己搞一个更加优雅的!起一个好听的名字叫做debug,当然你喜欢的话叫别的也可以。

void debug(const char *format, ...){ static char tmpStr[64]; /*在静态区申请一块缓存,因为CPU开启中断之后不会原地等待,而是退出这个函数, 如果在栈上申请空间,函数退出时缓存区会直接释放掉,导致串口发送数据错误。 因此把缓存区申请在静态区 */
/*等待串口发送完毕,在串口忙于发送先前的数据时,不能修改缓存区内的数据, 否则数据会出错。等串口发送完成后,再把新的数据放进缓存区。 */ while(huart6.gState!=HAL_UART_STATE_READY);
//把数据放进缓存区里 va_list list; va_start(list, format); vsprintf(tmpStr,format, list);//这一部分不懂得同学请百度这个API,<stdio.h>里的 va_end(list); while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart6,(uint8_t*)tmpStr,strlen(tmpStr))!=HAL_OK); //开启中断发送,由于先前已经等待过串口发送完成了,按理说串口肯定是可以打开的 //但为了避免多线程或者中断等原因在别的地方打开了这个中断,依然用while尝试打开直到成功为止}

上面的函数接收不定长的输入,这个输入和printf的格式化是一模一样的,使用方法和printf完全一样。这样的话,每执行一次debug,只会开启一次中断,只要等待一次中断开启就可以了,不必像先前重映射fputc那样每发送一个字符都要开一次中断。

重映射fputc时,必然会产生连续发送的情形,而用后面这种方法的话,如果你没有连续地调用debug,很少会出现想发送却串口忙碌的情况,while的等待时间是比较少的。


当然如果你使用了多线程,并且串口发送数据没有那么多,但是又希望CPU一点儿也不堵塞。那就更可以稍微修改一下。

void debug(const char *format, ...){ static char tmpStr[64]; while(huart6.gState!=HAL_UART_STATE_READY) { osDelay(1); }  va_list list; va_start(list, format); vsprintf(tmpStr,format, list); va_end(list);  while(HAL_UART_Transmit_IT(&huart6,(uint8_t*)tmpStr,strlen(tmpStr))) { osDelay(1); }}

这样在连续执行debug时,会进行线程切换,好处是CPU不堵了,坏处是串口要延后1ms才能发送下一个字符串,但也远好于每个字符都延后1ms的方式,况且连续地debug也不是特别常见。在实际应用中,根据需求来使用吧。

-END-




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