嵌入式UART串口調試與嵌入式串口調試連接概述：調試接口與pc的交互程序的開發

嵌入式軟件開發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：

實現雙mcu數據的上下行無線傳輸，波特率為115200；

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；

初建工程，完成uart1調試接口程序的開發；

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

驅動的開發與BSP的開發；

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； ?本次更新內容如下：

Part 03

軟件設計-外設uart

引言：相信很多工程師們都曉得：調試串口不僅扮演打印信息的角色，還得有配置設備、設備參數輸入等功能. 如果開發window上位機界軟件是成本上和時間上都不劃算；要是在Linux這種跨平臺下還得開發一套軟件. 所以做一個類似Linux命令這樣的串口軟件就顯得很有必要！ ? 直接用像SecureCRT這類軟件連接串口即可調試，與設備進行交互，把這個軟件命名為mshel。 ? 另外，直接與pc進行這樣的數據流存在亂碼和丟數據的現象，這里使用了為二者制定的私有協議。 ?本期內容：1、mshell的原理與結構； 2、pc交互的通信協議； ?軟件實戰：mshell的設計原理和思路:mshell是設備開發人員與設備進行配置管理的交互接口，主要功能如下： 1）設備log打印顯示功能；
2）可對設備進行配置和控制；
3）具有Linux的終端控制臺類似的功能，可以顯示功能菜單和參數輸入等功能，給出功能菜單示例； ?

?SecureCRT軟件的串口數據交互特點：

1）對與窗口輸入的字母和數字，是以ASCII的形式通過串口下發到設備；

2）窗口輸入一個字符，串口會下發一個字符，回車、退格和空格都是一個字節，左右上下鍵是2字節；

3）軟件接收到字符后回顯到窗口，回車0x0D回顯沒有反應，行跳轉；

4）給出用到的一些雙字節按鍵：

KEY_UP = 0x5B410000,?

KEY_DOWN = 0x5B420000,

KEY_LEFT = 0x5B440000,?

KEY_RIGHT = 0x5B430000,

根據以上特點可知，實現mshell進行需要回顯功能，就是收到啥發啥，提示程序員設備收到所下發的字符。 ? 需要對收到的字符進行存儲和解析，需要設計命令解析器。 ? 命令解析器處理完指令及其數據后，交給執行單元。 ? 執行單元的設計包括一級指令執行，即選擇功能模塊，比如uart相關指令，之后進入到子模塊處理程序。 ?