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HAL庫中UART相關結構體的內容

本小節參考《description-of-stm32f0-hal-and-lowlayer-drivers-stmicroelectronics》、《STM32F051x 參考手冊中文》。

UART的結構體有兩個，如圖，UART_InitTypeDef是初始化結構體，包含UART開始運行時的配置；UART_HandleTypeDef是句柄結構體，包含UART所有運行時的信息。

UART_InitTypeDef初始化結構體中包含，波特率、幀的字長、停止位長度、奇偶校驗方式、工作模式、硬件流模式和過（超）采樣率設置。

其中過采樣的目的類似于一種低通濾波，Stm32通過對一幀進行16次或者8次采樣，并對采樣結果進行“多數票決”來判斷該幀為起始位或是數據位的0或1。詳見《STM32F051x 參考手冊中文》573頁。

硬件流控制是通過硬件對UART傳輸進行更精細的控制的手段。UART傳輸中，Stm32通過nCTS端口讀取對方的nRTS端口電平，獲知對方是否準備好接受新的數據，這種操作可以避免數據寄存器中未被讀出的舊數據被新數據刷新掉的情況發生。詳見《STM32F051x 參考手冊中文》604頁。

UART_HandleTypeDef是UART句柄結構體，包含了UART運行過程中HAL層的所有信息。

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UART初始化三步

在介紹Stm32的HAL初始化UART之前，我們先看一下Arduino怎么初始化UART的。

Arduino使用非常簡便的一句話，*Serial.begin(波特率); *來初始化UART，這一句話包含了三個內容：

• UART對象——其代表我們要使用的UART外設；
• UART啟動——其代表根據UART參數啟動串口；
• UART參數——其代表UART以何種配置運行；

Stm32的HAL初始化過程也可以進行類比：

我們還可以用填表格來理解這三步操作：

2.1

Step1-申明結構體變量-生成表格

申明一個UART_HandleTypeDef的結構體變量，圖中的結構體是在main函數中聲明，推薦在main.c的頭部申明結構體，使其成為全局變量。

2.2

Step2-配置UART參數-填寫表格

配置UART參數參數包括兩步：

第一步是要給UART_HandleTypeDef結構體變量賦值

• 將我們要使用的外設賦值給其instance字段。
• 將波特率、幀長度等配合賦值給其UART_InitTypeDef初始化結構體變量的相應字段。

第二步是要配置與所使用的UART連接的GPIO口，因為任何外設想與外界交換數據都需要正確的和使用的GPIO進行綁定。

在還未介紹的Step3中，我們需要調用HAL_UART_Init()初始化UART，HAL_UART_Init()又會調用HAL_UART_MspInit()對于單片機的Msp( MCU Specific Package 單片機的具體方案 )進行配置，這里Msp就指具體配置哪個IO與UART進行連接。

在HAL_UART_MspInit()中配置GPIO又需要進行如下兩步操作：

1. 定義GPIO_InitTypeDef初始化結構體變量作為所要初始化GPIO的配置的“暫存”。

2. 然后判斷此次調用HAL_UART_MspInit()函數的UART外設，根據不同的UART外設對于相應的GPIO和時鐘進行如下操作：

• 啟動所用UART外設的時鐘。
• 啟用所用GPIO的時鐘。
• 配置GPIO_InitTypeDef初始化結構體變量（變量值如上圖）。
• 使用初始化函數初始化GPIO。
  

2.3

Step3-使用函數初始化UART-提交表格

完成了UART的參數配置和IO配置之后，我們需要使用HAL_UART_Init()函數提交之前配置好的UART_HandleTypeDef結構體變量這個“表格”，使得Stm32按照我們的參數配置、IO配置啟動。

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使用輪詢模式

3.1

UART通信的三種模式

UART通信有三種模式，分別為輪詢模式、中斷模式、DMA模式，本小節介紹輪詢模式通信。

如果讀者學過8位單片機的底層開發，應該能理解輪詢模式和中斷模式的區別以及中斷模式比輪詢模式在單片機任務較多時更為高效的原因。

《Mastering Stm32》一書的248頁也對兩者的區別進行了闡述：

簡單來說，輪詢模式是內核在規定的阻塞時間內使用while循環讀取傳輸的標志位，直到標志位被置位才將數據寫入或讀出DR寄存器。

而中斷模式是傳輸完成的相關中斷發生時，內核才放下手中的工作，將數據寫入或讀出DR寄存器。少了阻塞時間內的循環讀取因此更高效。

而DMA模式則更為高效，DMA作為內核的二弟，當傳輸完成中斷發生時，幫助大哥將數據寫入或讀出DR寄存器，不需要打斷大哥-內核的工作。

3.2

輪詢模式

在輪詢模式發送數據調用函數HAL_UART_Transmit() ，接收數據調用函數HAL_UART_Receive()，兩者的傳入參數列表，以及返回值意義相同，如下圖，摘自《description-of-stm32f0-hal-and-lowlayer-drivers-stmicroelectronics》P572頁。

下面演示兩個函數的幾種調用案例：

/* 發送字符數組 */
  char buff[2] = {'a','b'};
  HAL_UART_Transmit(&huart3,(uint8_t *)buff,
                      sizeof(buff),HAL_MAX_DELAY);

/* 發送字符串 */
  HAL_UART_Transmit(&huart3, (uint8_t*)"Hello", 
                      strlen("Hello"),HAL_MAX_DELAY);

/* 接受字符數組 */
  char readBuf[1];
  HAL_UART_Receive(&huart2, (uint8_t*)readBuf, 1, HAL_MAX_DELAY);

至此本文已經完成了對于Stm32使用HAL初始化UART，以及在輪詢模式通信方法的闡述。