STM32开发，串口和PC机通信（串口中断、FIFO机制），安富莱+正点原子程序合并
STM32开发，串口和PC机通信（串口中断、FIFO机制），安富莱+正点原子程序合并
- 1 概述
- 1.1 资源概述
- 1.2 实现功能
- 2 软件实现
- 2.1实现步骤
- 2.2 main（）函数代码
- 2.3 正点原子键盘连按和不连按函数说明
- 2.4 安富莱FIFO按键程序说明
- 2.4.1 程序分析
- 2.5系统初始化分析
- 3 实验结果
1 概述
实验的代码已经上传，无需积分。
1.1 资源概述
开发板：正点原子STM32F103 Nano开发板
CUBEMX版本：1.3.0
MDK版本：5.27
主控芯片型号：STM32F103RBT6
1.2 实现功能
1，USB连接到电脑。运行串口 软件。
2，操作开发板上的按键，可以在PC机串口软件上观察到变化的数字。对应的LED灯翻转。
3，在计算机键盘上输入数字键1、2、3、4可以分别控制开发板上的4个LED指示灯。
2 软件实现
2.1实现步骤
此次调试时发现安富莱自带的bsp_key并不是太好用，也可能时我没改好，怎么改，有两个按键都无法对应上，另外两个对应上的按键逻辑很奇怪。于是舍弃安富莱的按键程序，将正点原子的按键程序移植过来。移植过程如下：
正点原子键盘支持包：key.c,key.h
安富莱键盘支持包：bsp _key.c,bsp_key.h
1，同时打开安富莱的工程和正点原子的工程，分别编译通过。
2，将正点原子的key.c文件和Key.h文件直接塞到安富莱的工程中。
3，通过正点原子的工程分别找到key文件中用到的函数的定义以及相关宏定义，打开对应的文件，copy。
4，将copy的内容粘贴到安富莱工程中的key文件中。
5，编译，并将错误一个个找到原因并解决。
6，在安富莱工程中，定位到bsp_key文件，查找里边的函数使用处，将使用到的函数，全部替换为新增加的正点原子key文件中的函数。
7，编译，解决报错问题，直至没有报错。
8，从安富莱工程中移除bsp_key文件，再次编译，直至改掉所有error和warning。
9，重新定义正点原子的GPIO口等，修改安富莱相关端口定义，不局限于GPIO口，串口等。
上述步骤切记要一步一步来，慢慢改，一步到位很容易出错，且错误一环套一环非常难查找。反而耽误时间。
补充说明
后续在移植野火的程序时，出现了同样的情况，按键模块不好使，经过一步步替代简化对比后找到了原因，在GPIO初始化时，按键上下拉电阻需要配置，如果时输入低电平有效，则配置为上拉，如果时输入高电平有效，则配置为下拉。否则将出现逻辑混乱。改好后，程序也实现了预期的功能。
2.2 main（）函数代码
main（）函数代码如下，键盘相关部分函数借用于正点原子，其它使用安富莱自己的函数。
/*
*********************************************************************************************************
*
* 模块名称 : 主程序入口
* 文件名称 : main.c
* 版 本 : V1.0
* 说 明 : 串口通信例子，和PC机超级终端软件进行交互
* 修改记录 :
* 版本号 日期 作者 说明
* V1.0 2015-08-30 armfly 首发
*
* Copyright (C), 2015-2016, 安富莱电子 www.armfly.com
*
*********************************************************************************************************
*/
#include "bsp.h" /* 底层硬件驱动 */
/* 定义例程名和例程发布日期 */
#define EXAMPLE_NAME "V4-003_串口和PC机通信（串口中断、FIFO机制）"
#define EXAMPLE_DATE "2020-04-24"
#define DEMO_VER "1.0"
#define key_mode 0 /*0为按键不连续，1为按键连续*/
static void PrintfLogo(void);
static void PrintfHelp(void);
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: main
* 功能说明: c程序入口
* 形 参：无
* 返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
uint8_t ucKeyCode;
int16_t count = 0;
uint8_t fRefresh = 0;
uint8_t read;
/*
ST固件库中的启动文件已经执行了 SystemInit() 函数，该函数在 system_stm32f4xx.c 文件，主要功能是
配置CPU系统的时钟，内部Flash访问时序，配置FSMC用于外部SRAM
*/
bsp_Init(); /* 硬件初始化 */
PrintfLogo(); /* 打印例程名称和版本等信息 */
PrintfHelp(); /* 打印操作提示 */
fRefresh = 1;
/* 主程序大循环 */
while (1)
{
bsp_Idle(); /* CPU空闲时执行的函数，在 bsp.c */
/* 摇杆左右键（上下键）控制LED流动 */
if (fRefresh)
{
fRefresh = 0;
#if 0 /* 可以用 printf打印数据到串口 */
printf("count = %6d \r\n", count);
#else /* 也可以用 sprintf先输出到一个buf，然后在发送到串口 */
{
char buf[64];
sprintf(buf, "count = %6d \r\n", count);
comSendBuf(COM1, (uint8_t *)buf, strlen(buf));
}
#endif
}
if (comGetChar(COM1, &read))
{
switch (read)
{
case '1':
bsp_LedToggle(1);
break;
case '2':
bsp_LedToggle(2);
break;
case '3':
bsp_LedToggle(3);
break;
case '4':
bsp_LedToggle(4);
break;
}
}
/* 处理按键事件 */
ucKeyCode = KEY_Scan(key_mode);
if (ucKeyCode != 0)
{
/* 有键按下 */
switch (ucKeyCode)
{
case KEY0_PRES: /* 按键0被按下 */
count-=10;
fRefresh = 1;
bsp_LedToggle(1);
break;
case KEY1_PRES: /* 按键1按下 */
count--;
fRefresh = 1;
bsp_LedToggle(2);
break;
case KEY2_PRES: /* 按键2按下 */
count+=10;
fRefresh = 1;
bsp_LedToggle(3);
break;
case WKUP_PRES: /* 按键WKUP按下 */
count++;
fRefresh = 1;
bsp_LedToggle(4);
break;
default:
break;
}
}
}
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: PrintfHelp
* 功能说明: 打印操作提示
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void PrintfHelp(void)
{
printf("操作提示:\r\n");
printf("1. 摇杆控制count计数值\r\n");
printf(" 上键 = +1\r\n");
printf(" 下键 = -1\r\n");
printf(" 左键 = -10\r\n");
printf(" 右键 = +10\r\n");
printf("2. PC上输入数字1-4控制开发板上的LED指示灯\r\n");
}
/*
*********************************************************************************************************
* 函 数 名: PrintfLogo
* 功能说明: 打印例程名称和例程发布日期, 接上串口线后，打开PC机的超级终端软件可以观察结果
* 形 参：无
* 返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void PrintfLogo(void)
{
printf("*************************************************************\r\n");
printf("* 例程名称 : %s\r\n", EXAMPLE_NAME); /* 打印例程名称 */
printf("* 例程版本 : %s\r\n", DEMO_VER); /* 打印例程版本 */
printf("* 发布日期 : %s\r\n", EXAMPLE_DATE); /* 打印例程日期 */
/* 打印ST固件库版本，宏定义在 stm32f4xx.h 文件 */
printf("* 固件库版本 : %d.%d.%d\r\n", __STM32F10X_STDPERIPH_VERSION_MAIN,
__STM32F10X_STDPERIPH_VERSION_SUB1,__STM32F10X_STDPERIPH_VERSION_SUB2);
/* 打印 CMSIS 版本. 宏定义在 core_cm4.h 文件 */
printf("* CMSIS版本 : %X.%02X\r\n", __CM3_CMSIS_VERSION_MAIN, __CM3_CMSIS_VERSION_SUB);
printf("* \r\n"); /* 打印一行空格 */
printf("* QQ : 1295744630 \r\n");
printf("* Email : [email protected] \r\n");
printf("* Copyright www.armfly.com 安富莱电子\r\n");
printf("*************************************************************\r\n");
}
/***************************** 安富莱电子 www.armfly.com (END OF FILE) *********************************/
2.3 正点原子键盘连按和不连按函数说明
u8 KEY_Scan(u8 mode)
{
static u8 key_up=1;//按键按松开标志
if(mode)key_up=1; //支持连按
if(key_up&&(KEY0==0||KEY1==0||KEY2==0||WK_UP==1))
{
bsp_DelayMS(10);//去抖动
key_up=0;
if(KEY0==0)return KEY0_PRES;
else if(KEY1==0)return KEY1_PRES;
else if(KEY2==0)return KEY2_PRES;
else if(WK_UP==1)return WKUP_PRES;
}else if(KEY0==1&&KEY1==1&&KEY2==1&&WK_UP==0)key_up=1;
return 0;// 无按键按下
}
第三行，定义了一个静态变量，static,这个函数在程序运行时，第一次调用函数时，后面跟着key_up=1才有效。后面不管调用了多少次此定义的key_up=1不再生效，即使被其它地方赋值了其它数。通过这个功能实现了连按和不连按的功能。实验证实，当static这个类型删除后，不管mode是0还是1，都是连按。
2.4 安富莱FIFO按键程序说明
后来在8月份，回看程序时，把安富莱的调通了，这个按键的思想不一样，十分值得借鉴，设计按键FIFO主要有三个方面的好处：
- 可以有效的记录按键事件的发生，特别是需要实现按键的按下，长按，弹起等事件，使用FIFO的方式来实现是一种非常好的思路。
- 系统是非阻塞的，这样系统在检测到按键按下的情况下，由于机械按键抖动的原因不需要在这里等待一段时间，然后再确定按键是否按下。
- 按键FIFO程序在嘀嗒定时器中定期的执行检测，不需要在主程序中一直做检测，这样可以有效的降低系统资源消耗。
从裸机的角度分析
中断方式：中断方式可以有效的检测到按键按下的消息，并执行相应的程序，但是用中断方式实现按键FIFO相对就有点麻烦，如果是V5开发板这样每个按键都是独立的接一个IO引脚，需要我们给每个IO都设置一个中断，程序中过多的中断会影响系统的稳定性。
查询方式：查询方式有一个最大的缺点就是需要程序定期的去执行查询，耗费一定的系统资源，实际上耗费不了多大的系统资源，因为这种查询方式也只是查询按键是否按下，按键事件的执行还是在主程序里面实现。
从OS的角度分析
中断方式：在OS中要尽可能少用中断方式，因为在RTOS中过多的使用中断会影响系统的稳定性和可预见性（抢占式调度的OS基本没有可预见性，基于时间触发调度的可预见性要好很多，这方面知识会在RTOS专题中跟大家详细讲解）。比较重要的事件处理需要用中断的方式。
查询方式：对于用户按键推荐使用这种查询方式来实现，现在的OS基本都带有CPU利用率的功能，这个按键FIFO占用的还是很小的，基本都在%1以下。
2.4.1 程序分析
按键的检测程序被嘀嗒定时器中断每10ms调用一次
void SysTick_Handler(void)
{
SysTick_ISR();
}
这个SysTick_ISR()函数里边有这么一个函数
bsp_RunPer10ms(); /* 每隔10ms调用一次此函数，此函数在 bsp.c */
在bsp_RunPer10ms()里边调用了这么一个函数
void bsp_RunPer10ms(void)
{
bsp_KeyScan(); /* 按键扫描 */
}
在bsp_KeyScan()中有这么一个函数
void bsp_KeyScan(void)
{
uint8_t i;
for (i = 0; i < KEY_COUNT; i++)
{
bsp_DetectKey(i);
}
}
在bsp_DetectKey(i)中有这么一个赋值语句
pBtn = &s_tBtn[i];
if (pBtn->IsKeyDownFunc())
{
在bsp_InitKeyVar(void)中有这么一个语句
/* 判断按键按下的函数 */
s_tBtn[0].IsKeyDownFunc = IsKeyDown1;
s_tBtn[1].IsKeyDownFunc = IsKeyDown2;
s_tBtn[2].IsKeyDownFunc = IsKeyDown3;
s_tBtn[3].IsKeyDownFunc = IsKeyDown4;
/* 组合键 */
s_tBtn[4].IsKeyDownFunc = IsKeyDown9;
s_tBtn[5].IsKeyDownFunc = IsKeyDown10;
宏定义如下
static uint8_t IsKeyDown1(void) {if ((GPIO_PORT_K1->IDR & GPIO_PIN_K1) == 0) return 1;else return 0;}
static uint8_t IsKeyDown2(void) {if ((GPIO_PORT_K2->IDR & GPIO_PIN_K2) == 0) return 1;else return 0;}
static uint8_t IsKeyDown3(void) {if ((GPIO_PORT_K3->IDR & GPIO_PIN_K3) == 0) return 1;else return 0;}
static uint8_t IsKeyDown4(void) {if ((GPIO_PORT_K4->IDR & GPIO_PIN_K4) == 0) return 1;else return 0;}
static uint8_t IsKeyDown9(void) {if (IsKeyDown1() && IsKeyDown2()) return 1;else return 0;}
static uint8_t IsKeyDown10(void) {if (IsKeyDown1() && IsKeyDown2()) return 1;else return 0;}
通过这么一长串的操作，每隔10ms，将按键值写进了数组中
主程序，读取按键值时，使用时只需要去读数组中的值即可
ucKeyCode = bsp_GetKey(); /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
读取函数如下
uint8_t bsp_GetKey(void)
{
uint8_t ret;
if (s_tKey.Read == s_tKey.Write)
{
return KEY_NONE;
}
else
{
ret = s_tKey.Buf[s_tKey.Read];
if (++s_tKey.Read >= KEY_FIFO_SIZE)
{
s_tKey.Read = 0;
}
return ret;
}
}
流程如下图
函数调用关系图如下
2.5系统初始化分析
在正点原子的例程中main函数中有一个Stm32_Clock_Init的函数对时钟进行配置。但是安富莱的没有，原因是安富莱直接借用了系统文件里边的初始化。在启动文件.s中有下述代码，在系统启动时，会调用SystemInit函数。
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT __main
IMPORT SystemInit
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP
系统文件为system_stm32f10x.c中有
void SystemInit (void)
在这个函数中有下述函数，在正点原子的例程中，将这个函数删掉了
SetSysClock();
在这个函数下有这个函数
SetSysClockTo72();
在这个函数中对各个时钟分频进行了配置，实现了系统时钟的配置工作。正点原子将这部分整合到了单独的一个函数中在main函数中进行了调用
static void SetSysClockTo72(void)
{
__IO uint32_t StartUpCounter = 0, HSEStatus = 0;
/* SYSCLK, HCLK, PCLK2 and PCLK1 configuration ---------------------------*/
/* Enable HSE */
RCC->CR |= ((uint32_t)RCC_CR_HSEON);
/* Wait till HSE is ready and if Time out is reached exit */
do
{
HSEStatus = RCC->CR & RCC_CR_HSERDY;
StartUpCounter++;
} while((HSEStatus == 0) && (StartUpCounter != HSE_STARTUP_TIMEOUT));
if ((RCC->CR & RCC_CR_HSERDY) != RESET)
{
HSEStatus = (uint32_t)0x01;
}
else
{
HSEStatus = (uint32_t)0x00;
}
if (HSEStatus == (uint32_t)0x01)
{
/* Enable Prefetch Buffer */
FLASH->ACR |= FLASH_ACR_PRFTBE;
/* Flash 2 wait state */
FLASH->ACR &= (uint32_t)((uint32_t)~FLASH_ACR_LATENCY);
FLASH->ACR |= (uint32_t)FLASH_ACR_LATENCY_2;
/* HCLK = SYSCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_HPRE_DIV1;
/* PCLK2 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE2_DIV1;
/* PCLK1 = HCLK */
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_PPRE1_DIV2;
#ifdef STM32F10X_CL
/* Configure PLLs ------------------------------------------------------*/
/* PLL2 configuration: PLL2CLK = (HSE / 5) * 8 = 40 MHz */
/* PREDIV1 configuration: PREDIV1CLK = PLL2 / 5 = 8 MHz */
RCC->CFGR2 &= (uint32_t)~(RCC_CFGR2_PREDIV2 | RCC_CFGR2_PLL2MUL |
RCC_CFGR2_PREDIV1 | RCC_CFGR2_PREDIV1SRC);
RCC->CFGR2 |= (uint32_t)(RCC_CFGR2_PREDIV2_DIV5 | RCC_CFGR2_PLL2MUL8 |
RCC_CFGR2_PREDIV1SRC_PLL2 | RCC_CFGR2_PREDIV1_DIV5);
/* Enable PLL2 */
RCC->CR |= RCC_CR_PLL2ON;
/* Wait till PLL2 is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLL2RDY) == 0)
{
}
/* PLL configuration: PLLCLK = PREDIV1 * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLXTPRE | RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLMULL);
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLXTPRE_PREDIV1 | RCC_CFGR_PLLSRC_PREDIV1 |
RCC_CFGR_PLLMULL9);
#else
/* PLL configuration: PLLCLK = HSE * 9 = 72 MHz */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_PLLSRC | RCC_CFGR_PLLXTPRE |
RCC_CFGR_PLLMULL));
RCC->CFGR |= (uint32_t)(RCC_CFGR_PLLSRC_HSE | RCC_CFGR_PLLMULL9);
#endif /* STM32F10X_CL */
/* Enable PLL */
RCC->CR |= RCC_CR_PLLON;
/* Wait till PLL is ready */
while((RCC->CR & RCC_CR_PLLRDY) == 0)
{
}
/* Select PLL as system clock source */
RCC->CFGR &= (uint32_t)((uint32_t)~(RCC_CFGR_SW));
RCC->CFGR |= (uint32_t)RCC_CFGR_SW_PLL;
/* Wait till PLL is used as system clock source */
while ((RCC->CFGR & (uint32_t)RCC_CFGR_SWS) != (uint32_t)0x08)
{
}
}
else
{ /* If HSE fails to start-up, the application will have wrong clock
configuration. User can add here some code to deal with this error */
}
}
3 实验结果
串口打印结果
发送1234时，全部的四个灯点亮
再次发送1234时，四个灯全灭
按按键时，对应的LED状态会进行翻转