親愛的工程師朋友和喜愛電子的朋友，大家好，我是火舞青春，也是本期“來實戰”項目《串行數據采集儀》的執行官。

嵌入式軟件這個行業涉及甚廣，從我們身邊的電視、冰箱、洗衣機，到我們的手機，再到交通、到醫療、軍事無處不在。

在項目的開發過程中，使用調試工具是必不可少的。

串口簡單靈活的特性常被工程師用作代碼的調試工具，它的另一個名字叫uart。

說到uart，相信很多工程師都熟透了，掌握一個uart，可以說是已經邁進了嵌入式軟件的殿堂，所以uart也常被用作嵌入式入門的必備功課。

那既然都熟了，那為什么還拿出來說呢，帶著這樣的一個問題，跟著我一起深入的了解我們的這個項目，一起探討uart背后那些不為人知的故事。

目的意義;

在我們的開發測試中，uart通常扮演者信息輸出，人機交互和下載程序的功能，有些場景下可能有線的串口不是很方便或者不能實現信息的輸出，比如調平衡車，有線串口對這種遠距離的調試顯得有些力不足。有些場景或者我們根本不可以把數據直接讀出來，比如車廠，整車的CAN數據是汽車的血液，一些ECU的出廠前身體狀況，全靠采集can數據來診斷，即使整車有can數據的存儲功能，一些測試調試不一定能很方便的拿到，所以這個無線的數據采集儀就能派上用場，這就是我本次項目的主要意義。

本期內容可以了解到以下幾個方面：

1、模塊化代碼的設計思路，開發思想和獨立模塊開發模型；

2、uart等串行板級通信的設計原理及其注意事項；

3、項目中常用的測試方法和測試手段；

4、通信協議的制定和協議棧的開發；

項目簡介：

項目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無線模塊實現主從設備的上下行數據傳輸，在此基礎上增加與pc的通信和數據記錄功能，實現離線數據同步功能；

基礎功能：

1、實現雙mcu數據的上下行無線傳輸，波特率為115200；

2、實現主設備與pc機的通信，并實現uart調試功能；

擴展功能：

1、can數據、spi 、iic的數據的采集傳輸；

2、離線存儲功能；

開發準備及其環境

硬件環境 具備RF24L01模塊接口的STM32開發板2塊、RF20L01無線模塊2塊；

開發工具 STM32J-link仿真器、串口TTL轉換小板各1；

軟件環境 KIEL-MDK 、串口助手 ；

開發計劃（第五期的第1板塊，為期1個月）

· 節點1：完成技術指標的確定，開發板、硬件模塊及其調試器采購到位，完成軟硬件的架構設計；

· 節點2：調試接口與pc的交互程序的開發；

1、 初建工程，完成uart1調試接口程序的開發；

2、 完成uart2與pc機的交互程序的設計；

· 節點3：定制NRF24L01的傳輸協議，并完成開發

1、驅動的開發與BSP的開發；

2、協議的開發；

· 節點4：整體調試、測試；

· 節點5：編寫項目總結。

項目設計

Part 01

項目概述及其環境的搭建

項目簡介：

項目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無線模塊實現主從設備的上下行數據傳輸，在此基礎上增加與pc的通信和數據記錄功能，實現離線數據同步功能；功能指標

基礎功能：

1、為了盡快上手軟件，硬件系統采用現成模塊， RF24L01模塊接口的STM32開發板2塊和RF20L01無線模塊2塊，STM32系統板2塊分為主板和從板，從板信息通過24l01無線模塊發送到主板，主板通過uart與pc交互；硬件部分后續獨立部分說明分享。

2、軟件方面是重點研究對象，軟件主要分為driver、hal、bsp、service、app五個部分。Driver層是和硬件直接相關，hal層是隔離層，bsp是驅動相關芯片的板級支持層、服務層主要是一些任務相關，App為應用層。

擴展功能：

1、can數據、spi 、iic的數據的采集傳輸；

2、離線存儲功能；

開發準備及其環境：

1、硬件環境 ：具備RF24L01模塊接口的STM32開發板2塊、RF20L01無線模塊2塊；

2、開發工具 ：STM32J-link仿真器、串口TTL轉換小板各1；

3、軟件環境 KIEL-MDK 、串口助手 ；

Part 02

軟件設計-外設uart

導言

uart外設是開發調試的重要手段，也是板級通信常用的通信方式。

對于耳熟能詳的uart，你了解多少呢？

它的用法的注意事項和難點又有哪些呢？

本期內容讓我帶著大家重點探討一下uart的軟件設計。

內容提要

1、uart的基本概述和STM32中uart驅動HAL層的配置；

2、調試打印中，uart的數據發送策略；

3、通信中，uart的策略與架構。

軟件實戰

1、外設與系統

與傳統寫驅動程序相比，STM32CubeMX代碼生成器讓驅動變得更簡單、快速，大大提高了開發效率。

STM32CubeMX不僅支持外設配置，還支持freeRTOS，不過很可惜，考慮到片子的成本，8KRAM的片子僅能跑2個靜態的線程，而且從板有集成到項目中的需求，所以從設備不使用freeRTOS。

從設備主頻48MHZ，uart外設需要對GPIO/NVIC/DMA/UART進行配置,主設備還需要配置freeRTOS。

2、調試神器-uart

不管哪個項目，printf的輸出是必不可少的！

實現的關鍵點是數據通過printf函數收集到debug_pool后如何發送。

下面內容圍繞這個問題展開討論。

無os的情況下，若是需要實時性要求較高的情況下，發送需要直接調用uart驅動發送接口拋出，這種方式，效率低，cpu占用高。

一般情況下是要開一片空間，當數據收集滿后通過DMA送到uart硬件然后發出去。不過這種方式是需要一個Task，周期的拋數據。

有os的系統，這里需要加消息隊列或者內存池，還需要一個獨立的線程進行處理。

比較復雜，這里不展開討論。

對上圖思想進行解釋：

1、接收部分首先考慮如何接收數據，是采用run_buf的形式還是一個字節中斷的方式；

2、數據接收后，要思考幀識別，確定一幀數據后進入CRC校驗；

3、校驗通過后再進行協議的解析和處理；

5、數據發送部分先對數據進行打包。記住多線程的處理要對數據進行保護，防止tx_buf里的數據被刷寫；

6、通過打包后的數據要CRC加碼校驗，然后再發出去；

值得注意的是，要將這些公共的CRC和收發任務單獨提出來，與協議相關的內容獨立出來，這樣協議層的變得不會引起程序大的改動；

Part 03

調試接口與pc的交互程序的開發

Part 04

定制NRF24L01的傳輸協議，完成開發

Part 05

整體調試、測試

Part 06

編寫項目總結

責任編輯：xj

原文標題：《來實戰》#5：老司機教你做一款UART之UART外設篇

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