STM32F0单片机快速入门六:用库操作串口(UART)原来如此简单

1. 从 GPIO 到 UART

前面几节我们讲了MCU如何启动，如何用翻转IO引脚，以及用按键去触发中断。接下来我们介绍的也是最常用的一个模块，串口(UART)。

串口可以说是最古老，而且生命力最强的一种通信接口了。RS485总线更是久经考验。虽然串口早已经从大多数PC的标配中去掉了，但是嵌入式系统跟上位PC机通信用的最多的应该还是通过串口转USB吧。

我们用 Keil 打开下面这个工程：

STM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\Examples\UART\UART_TwoBoards_ComPolling\MDK-ARM\Project.uvprojx

这个代码配置串口为 9600，8 N 1，我们把代码编译下载后，可以通过 UART to USB 转换器连接到 PC 的 USB 口，在PC端用串口观察MCU发送的数据。

2. UART 的初始化

我们看一下代码，串口参数的设置是在主程序里完成的，还有一部分是在stm32f0xx_hal_msp.c 里完成的。为什么要这么费事儿，而不把初始化代码全放在一个主程序里完成呢？

我们要慢慢体会这样做带来的好处。我们调用一个驱动时，这个驱动难免会跟底层硬件打交道，比如串口驱动，它最终是利用用户选择的某一个串口模块，和与此模块连接的收发引脚进行数据收发的。

HAL(Hardware Abstract Layer) 把跟具体硬件细节相关的代码单独剥离了出来，并在Cube库中引入了 MSP(MCU Support Package) 的概念, 具体的硬件细节交给用户在这里面配置。

HAL库里面对应每个硬件模块有两个函数 例如：

HAL_UART_Init( ) 功能上的描述：设置收发模式、奇偶校验位、停止位数等等(与芯片无关)。

HAL_UART_MspInit( ) 硬件的描述: IO初始化，不同芯片，不同引脚设置不同。

回到程序，我们要使用串口时要调用驱动层的初始化函数 HAL_UART_Init( )，这个初始化函数回过头来调用了 HAL_UART_MspInit( ) 这个函数来完成 UART 时钟和收发引脚时钟的使能，以及收发引脚的配置。之后初始化函数继续进行 UART 端口的参数配置。

这样做的一个好处就是使驱动层的初始化函数与硬件无关。一般我们做好一块板子后，所用的串口和引脚也就固定下来了，在 HAL_UART_MspInit( ) 里配置一次就好了，之后不需要频繁的改变这些代码。

3. 熟悉 Handle

跟 GPIO 的初始化有所不同，在UART这个模块引入了 Handle 这一概念。在看 Handle 之前我们先熟悉一下在驱动里经常用到的结构体及其指针的用法：

typedef struct __MY_TypeDef

{

uint8_t Var1;

uint8_t Var2;

uint16_t Var3;

uint8_t* Var4;

}MY_TypeDef;

MY_TypeDef* MY_VAR;

MY_VAR 是一个 MY_TypeDef 类型的指针，我们看看把它指向不同的地址时会发生什么？

MY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x20000018;

需要注意 MY_VAR->Var4 是个字节型指针变量，这个变量本身占用4个字节，它的值是 0x20000018, 而

* MY_VAR->Var4 的值是 0x02。

把 MY_VAR 指向另一个地址：

MY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x2000001C;

与此类似，对于串口模块，驱动定义了一个结构体类型 UART_HandleTypeDef，我们可以用这个类型定义多个结构体，并通过把串口模块寄存器区的起始地址付给一个结构体,使该结构体和串口之间建立起联系：

我们运行的当前程序操作串口的方式为查询(polling)方式，结构体中和DMA，中断方式相关的内容可以先忽略，只需要关注结构体中下面这些成员即可：

USART_TypeDef *Instance;

USART_TypeDef 类型的指针，需要指向欲操作的串口寄存器区起始地址。以把此 Handle 和该串口建立起联系。

UART_InitTypeDef Init;

在调用初始化函数前，需要把初始化参数如 波特率，是否奇偶校验等写入此结构体。

UART_AdvFeatureInitTypeDef AdvancedInit;

串口扩展功能初始化参数。当前未用到扩展功能。

使用 Handle 的好处是，我们操作某个模块时，把这个模块对应的 Handle 的首地址传给驱动函数就行了。此函数通过 Handle 就可以找到所有需要的东西。如：

HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t*)aTxBuffer, TXBUFFERSIZE, 5000);

&UartHandle 为 UART1 对应的 Handle 的首地址。

Handle 除了保存自己对应模块的参数信息，还保存缓冲数据，以及当前工作状态。它可以保证各模块之间互不干扰，在代码执行过程中被打断，恢复后又可以正确继续执行。这样也便于把驱动集成到操作系统中。在以后的中断方式和 DMA 操作模式中，我们可以更深刻的体会到这种方法的优点。在理解了串口模块的工作方式后，理解其它模块就非常容易了。

需要提到的是，在M0芯片内，有一些共享的或系统级的硬件模块不使用 Handle 的方式来处理：

GPIO

SYSTICK

NVIC

PWR

RCC

FLASH.

参考资料：

PM0215 STM32F0xxx Cortex-M0 programming manual

UM1785 Description of STM32F0 HAL and low-layer drivers

STM32F030 Datasheet

STM32F030 Reference Manual

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