华大半导体HC32F4A0笔记（三），RS485通信，使用串口USART1，DMA接收

一、USART的工作频率和波特率

看用户手册一上来就糊涂了，手册里面写的PCLK是什么？翻看手册第4章有关CMU章节。似乎这里说的PCLK就是PCLK1？手册是第一版，纰漏其实蛮多的。

在官方库函数验证了猜测，这里说的PCLK指的就是PCLK1：

en_result_t USART_SetBaudrate(M4_USART_TypeDef *USARTx,
                                    uint32_t u32Baudrate,
                                    float32_t *pf32Err)
{
    /* …… */

    /* Get USART clock frequency */
    u32UsartDiv = USART_DIV(USARTx);
    u32UsartClk = PCLK_FREQ / u32UsartDiv; 

    /* …… */
}

在设置波特率的函数中找到了这么一句话u32UsartClk = PCLK_FREQ / u32UsartDiv;看起来是在计算USART的频率的，展开PCLK_FREQ这个宏得到：

#define PCLK_FREQ                                                              \
(   SystemCoreClock >> (READ_REG32_BIT(M4_CMU->SCFGR, CMU_SCFGR_PCLK1S) >> CMU_SCFGR_PCLK1S_POS))

果然，PCLK就是PCLK1

手册中没有说明USART的工作频率限制，所以理论上最高的波特率就是PCLK1 / 8(Bps)。计算公式为：

本例波特率定在19200，并不是特别高。根据公式，并考虑到过采样要求，可以把串口的工作频率调到16分频。确定下来后，开始初始化USART。

二、初始化USART1

本例TX为PA09，RX为PA10，其功能20对应USART1的TX和RX：

故本例使用UASRT1：

/* UART unit definition */
#define USART_FUNCTION_CLK_GATE         (PWC_FCG3_USART1)
/* UART RX/TX Port/Pin definition */
#define USART_RX_PORT                   (GPIO_PORT_A)   /* PH13: USART1_RX */
#define USART_RX_PIN                    (GPIO_PIN_10)
#define USART_RX_GPIO_FUNC              (GPIO_FUNC_20_USART1_RX)

#define USART_TX_PORT                   (GPIO_PORT_A)   /* PH15: USART1_TX */
#define USART_TX_PIN                    (GPIO_PIN_09)
#define USART_TX_GPIO_FUNC              (GPIO_FUNC_20_USART1_TX)
    /* Enable peripheral clock */
    PWC_Fcg3PeriphClockCmd(USART_FUNCTION_CLK_GATE, Enable);
	
	/* Configure USART RX/TX pin. */
    GPIO_SetFunc(USART_RX_PORT, USART_RX_PIN, USART_RX_GPIO_FUNC, PIN_SUBFUNC_DISABLE);
    GPIO_SetFunc(USART_TX_PORT, USART_TX_PIN, USART_TX_GPIO_FUNC, PIN_SUBFUNC_DISABLE);

使能时钟，给USART1上电，配置PA9和PA10的功能为TX和RX。

/* UART unit definition */
#define USART_UNIT                      (M4_USART1)
#define USART_BAUDRATE                  (19200UL)
#define USART_DATA_BITS                 (8U)
#define USART_CHECK_BITS                (0U)
#define USART_STOP_BITS                 (1U)
#define USART_FRAME_BITS                (USART_DATA_BITS + USART_CHECK_BITS + \
										 USART_STOP_BITS + (1U))

    const stc_usart_uart_init_t stcUartInit = {
        .u32Baudrate = USART_BAUDRATE,
        .u32BitDirection = USART_LSB,
        .u32StopBit = USART_STOPBIT_1BIT,
        .u32Parity = USART_PARITY_NONE,
        .u32DataWidth = USART_DATA_LENGTH_8BIT,
        .u32ClkMode = USART_INTERNCLK_OUTPUT,
        .u32PclkDiv = USART_PCLK_DIV16,
        .u32OversamplingBits = USART_OVERSAMPLING_8BIT,
        .u32NoiseFilterState = USART_NOISE_FILTER_DISABLE,
        .u32SbDetectPolarity = USART_SB_DETECT_FALLING,
    };
	
	if (Ok != USART_UartInit(USART_UNIT, &stcUartInit))
    {
        for (;;)
        {
        }
    }

参考官方例程写的，这个代码风格跟TRM和ADC的例程不一样。

• 波特率19200

• 左对齐

• 停止位1

• 校验位无

• 数据位8

• 时钟模式后面说

• 64分频

• 8位过采样，这个不是很清楚，猜测比特率为192,000，USART工作频率为6,250,000，为其32倍，32是个8位数。
  

• 不开滤波

• 开始位检测方式为RX管脚低电平

时钟模式

当作UART使用，并使用内部时钟时，可以设置为00或者01，本例只有TX RX，没有配置CK脚，按道理可以配置成00。但是配置成00的话，CR1寄存器中的RTOF标志立不起来，串口也进不了TIMEOUT中断。例程里面用的是01。使用01后就没有这个故障，以后再找原因。

三、配置TIMEOUT中断

以常用的1起始位，8数据位，0校验位，1停止位来说，UART的一帧数据是10bit，其中有效的数据位为8bit，即一帧只有一字节。为了避免每收到一个字节就通过一次中断来进行处理，造成的频繁中断问题，一般会采用DMA接收方式。STM32提供了一个idle中断，它在RX空闲的时候触发，可以用来表示应用层的一帧数据发送完毕，我们可以在这个中断中将DMA的传输目的地地址复位。HC32F4A0的USART没有IDLE中断，取而代之的是一个灵活性更强但是使用起来也相对更复杂的TIMEOUT中断。

IDLE是在监测到数据接收后（即串口的RXNE位被置位）开始检测，当总线上在一个字节对应的周期内未再有新的数据接收时，触发空闲中断IDLE位就会被被硬件置1。这个触发条件时固定，一个周期没收到新数据就会触发。而TIMEOUT中断的空闲时长则允许用户自定义。想要使用该中断，甚至还必须需要引入TMR0这个外设来协助完成。

这里不详细介绍TMR0，只列出用以配合USART1的TIMEOUT中断的配置方式。
配置USART1的TIOMEOUT中断（调用了从STM32移植过来的MISC）：

/* UART unit interrupt definition */
#define USART_RXTO_INT_SRC              (INT_USART1_RTO)
#define USART_RXTO_INT_IRQn             (Int002_IRQn)

	/* Setting up USART1 interrupts*/
    stc_irq_signin_config_t stcIrqSigninCfg;
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;	
	
    /* Register RX timeout IRQ handler && configure NVIC. */	
    stcIrqSigninCfg.enIRQn = USART_RXTO_INT_IRQn;
    stcIrqSigninCfg.enIntSrc = USART_RXTO_INT_SRC;
    stcIrqSigninCfg.pfnCallback = &USART_RxTimeout_IrqCallback;
    (void)INTC_IrqSignIn(&stcIrqSigninCfg);
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART_RXTO_INT_IRQn;      
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;		
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;			
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = Enable;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    /* Enable TX && RX && RX interrupt function */
    USART_FuncCmd(USART_UNIT, (USART_RX | USART_INT_RX | USART_TX | \
                               USART_RTO | USART_INT_RTO), Enable);

配置TMR0

/* UART unit definition */
#define USART_FRAME_BITS                (USART_DATA_BITS + USART_CHECK_BITS + \
										 USART_STOP_BITS + (1U))
/* Timer0 unit & channel definition */
#define TMR0_UNIT                       (M4_TMR0_1)
#define TMR0_CH                         (TMR0_CH_A)
#define TMR0_FUNCTION_CLK_GATE          (PWC_FCG2_TMR0_1)

/**
 * @brief  Configure TMR0.
 * @param  None
 * @retval None
 */
static void TMR0_Config(void)
{
    uint32_t u32CmpVal;
    stc_tmr0_init_t stcTmr0Init;

    PWC_Fcg2PeriphClockCmd(TMR0_FUNCTION_CLK_GATE, Enable);

    /* Clear CNTAR register for channel A */
    TMR0_SetCntVal(TMR0_UNIT, TMR0_CH, 0U);

    /* TIMER0 basetimer function initialize */
    (void)TMR0_StructInit(&stcTmr0Init);
    stcTmr0Init.u32ClockDivision = TMR0_CLK_DIV8;
    stcTmr0Init.u32ClockSource = TMR0_CLK_SRC_XTAL32;
    stcTmr0Init.u32HwTrigFunc = (TMR0_BT_HWTRG_FUNC_START | TMR0_BT_HWTRG_FUNC_CLEAR);
    if (TMR0_CLK_DIV1 == stcTmr0Init.u32ClockDivision)
    {
        u32CmpVal = (USART_FRAME_BITS*3 - 4UL);
    }
    else if (TMR0_CLK_DIV2 == stcTmr0Init.u32ClockDivision)
    {
        u32CmpVal = (USART_FRAME_BITS*3/2UL - 2UL);
    }
    else
    {
        u32CmpVal = (USART_FRAME_BITS*3 / (1UL << (stcTmr0Init.u32ClockDivision >> TMR0_BCONR_CKDIVA_POS)) - 1UL);
    }
    DDL_ASSERT(u32CmpVal <= 0xFFFFUL);
    stcTmr0Init.u16CmpValue =  (uint16_t)(u32CmpVal);
    (void)TMR0_Init(TMR0_UNIT, TMR0_CH, &stcTmr0Init);

    /* Clear compare flag */
    TMR0_ClearStatus(TMR0_UNIT, TMR0_CH);
}

RTB的起初按照STM32的IDLE来设置的，即10bit长度对应的周期数时长。结果后面实测时发现，在10bit，甚至20bit长度的等待时延下，进入中断后读取DMA的目标地址有时候不准确，放长到30bitUSART_FRAME_BITS*3长度时测试每次都可以读准。

配置DMA：

#define USART1_DMA_TRIGGER_SOURCE              (EVT_USART1_RI)
	DMA_SetTriggerSrc(M4_DMA1, USART1_DMA_CH, USART1_DMA_TRIGGER_SOURCE);

接收到一个字节就触发DMA接收。

#define USART1_DMA_SRC_ADDR            		   ((uint32_t)(&M4_USART1->DR) + 2UL)
#define USART1_DMA_CH                          (DMA_CH0)
#define USART1_BUFFER_SIZE            		   (512Ul)
__IO uint8_t USART1_R_data[USART1_BUFFER_SIZE] __attribute__ ((at(0x20001000)));

	stc_dma_init_t stcDmaInit;
	(void)DMA_StructInit(&stcDmaInit);
    stcDmaInit.u32IntEn = DMA_INT_DISABLE;
    stcDmaInit.u32BlockSize = 1UL;
    stcDmaInit.u32TransCnt = 0UL;
    stcDmaInit.u32DataWidth = DMA_DATAWIDTH_8BIT;
    stcDmaInit.u32DestAddr = (uint32_t)(&USART1_R_data[0]);
    stcDmaInit.u32SrcAddr = USART1_DMA_SRC_ADDR;
    stcDmaInit.u32SrcInc = DMA_SRC_ADDR_FIX;
    stcDmaInit.u32DestInc = DMA_DEST_ADDR_INC;
    (void)DMA_Init(M4_DMA1, USART1_DMA_CH, &stcDmaInit);
    
    DMA_Cmd(M4_DMA1, Enable);
    DMA_ChannelCmd(M4_DMA1, USART1_DMA_CH, Enable);

USART的32为数据寄存器DR的高16位保存接收数据信息，所以&M4_USART1->DR) + 2UL。

中断服务函数：

/**
 * @brief  USART RX timeout IRQ callback.
 * @param  None
 * @retval None
 */
static void USART_RxTimeout_IrqCallback(void)
{
    TMR0_Cmd(TMR0_UNIT, TMR0_CH, Disable);
    USART_ClearStatus(USART_UNIT, USART_CLEAR_FLAG_RTOF);  
    DMA_ChannelCmd(M4_DMA1, USART1_DMA_CH, Disable);
	uint32_t DMA_DestAddr = DMA_GetDestAddr(M4_DMA1, USART1_DMA_CH);
	uint8_t* p = (uint8_t*)DMA_DestAddr;
	*p = '\0';
	DMA_SetDestAddr(M4_DMA1, USART1_DMA_CH, (uint32_t)(&USART1_R_data[0]));
    DMA_ChannelCmd(M4_DMA1, USART1_DMA_CH, Enable);
    
	//RS485_SendData(USART1_R_data, 10);
	
}

• 关TMR01的通道A（每次由USART1硬件激活）
• 清USART1中断标志
• 关DMA通道
• 读DMA目标地址指针，并在该处加上‘\0’截止符。
• 重置DMA目标地址
• 开启DMA通道。

四、USART发送单字节/多字节/字符串

/* 发送单字节 */
static void RS485_SendByte(uint8_t byte)
{
	USART_SendData(USART_UNIT, (uint16_t)byte);
	while (Reset == USART_GetStatus(USART_UNIT, USART_SR_TXE))
	{		
	}
}

/* 发送多字节 */
void RS485_SendData(uint8_t* str, uint32_t len)
{
	uint32_t k=0;
	do 
	{
	  RS485_SendByte(*(str + k));
	  k++;
	} while((k < USART1_BUFFER_SIZE)&&(k < len));
	while (Reset == USART_GetStatus(USART_UNIT, USART_FLAG_TC))
	{		
	}
}

/* 发送字符串 */
void RS485_SendString(char* str)
{
	uint32_t k=0;
	do 
	{
	  RS485_SendByte(*(str + k));
	  k++;
	} while((*(str + k) != '\0')&&(k < USART1_BUFFER_SIZE));
	while (Reset == USART_GetStatus(USART_UNIT, USART_FLAG_TC))
	{		
	}
}

很多EE出身的工程师包括我在内，在做嵌入式开发时着重与功能开发，软件细节上比较粗糙。在很多嵌入式软件里都可以看到开发者在中断中调用USART发送函数。但这么做是不被提倡的，如果确实有这个实时性的必要，至少要在死循环内加上一个超时异常。