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HAL庫中UART相關(guān)結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容

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

UART的結(jié)構(gòu)體有兩個，如圖，UART_InitTypeDef是初始化結(jié)構(gòu)體，包含UART開始運(yùn)行時的配置；UART_HandleTypeDef是句柄結(jié)構(gòu)體，包含UART所有運(yùn)行時的信息。

UART_InitTypeDef初始化結(jié)構(gòu)體中包含，波特率、幀的字長、停止位長度、奇偶校驗(yàn)方式、工作模式、硬件流模式和過（超）采樣率設(shè)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(jìn)行16次或者8次采樣，并對采樣結(jié)果進(jìn)行“多數(shù)票決”來判斷該幀為起始位或是數(shù)據(jù)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(jìn)行更精細(xì)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(zhǔn)備好接受新的數(shù)據(jù)，這種操作可以避免數(shù)據(jù)寄存器中未被讀出的舊數(shù)據(jù)被新數(shù)據(jù)刷新掉的情況發(fā)生。詳見《STM32F051x 參考手冊中文》604頁。

UART_HandleTypeDef是UART句柄結(jié)構(gòu)體，包含了UART運(yùn)行過程中HAL層的所有信息。

2

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(nèi)容：

• UART對象——其代表我們要使用的UART外設(shè)；
• UART啟動——其代表根據(jù)UART參數(shù)啟動串口；
• UART參數(shù)——其代表UART以何種配置運(yùn)行；

Stm32的HAL初始化過程也可以進(jìn)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(jié)構(gòu)體變量-生成表格

申明一個UART_HandleTypeDef的結(jié)構(gòu)體變量，圖中的結(jié)構(gòu)體是在main函數(shù)中聲明，推薦在main.c的頭部申明結(jié)構(gòu)體，使其成為全局變量。

2.2

Step2-配置UART參數(shù)-填寫表格

配置UART參數(shù)參數(shù)包括兩步：

第一步是要給UART_HandleTypeDef結(jié)構(gòu)體變量賦值

• 將我們要使用的外設(shè)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(jié)構(gòu)體變量的相應(yīng)字段。

第二步是要配置與所使用的UART連接的GPIO口，因?yàn)槿魏瓮庠O(shè)想與外界交換數(shù)據(jù)都需要正確的和使用的GPIO進(jìn)行綁定。

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

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

1. 定義GPIO_InitTypeDef初始化結(jié)構(gòu)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(diào)用HAL_UART_MspInit()函數(shù)的UART外設(shè)，根據(jù)不同的UART外設(shè)對于相應(yīng)的GPIO和時鐘進(jìn)行如下操作：

• 啟動所用UART外設(shè)的時鐘。
• 啟用所用GPIO的時鐘。
• 配置GPIO_InitTypeDef初始化結(jié)構(gòu)體變量（變量值如上圖）。
• 使用初始化函數(shù)初始化GPIO。
  

2.3

Step3-使用函數(shù)初始化UART-提交表格

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

3

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(jié)介紹輪詢模式通信。

如果讀者學(xué)過8位單片機(jī)的底層開發(fā)，應(yīng)該能理解輪詢模式和中斷模式的區(qū)別以及中斷模式比輪詢模式在單片機(jī)任務(wù)較多時更為高效的原因。

《Mastering Stm32》一書的248頁也對兩者的區(qū)別進(jìn)行了闡述：

簡單來說，輪詢模式是內(nèi)核在規(guī)定的阻塞時間內(nèi)使用while循環(huán)讀取傳輸?shù)臉?biāo)志位，直到標(biāo)志位被置位才將數(shù)據(jù)寫入或讀出DR寄存器。

而中斷模式是傳輸完成的相關(guān)中斷發(fā)生時，內(nèi)核才放下手中的工作，將數(shù)據(jù)寫入或讀出DR寄存器。少了阻塞時間內(nèi)的循環(huán)讀取因此更高效。

而DMA模式則更為高效，DMA作為內(nèi)核的二弟，當(dāng)傳輸完成中斷發(fā)生時，幫助大哥將數(shù)據(jù)寫入或讀出DR寄存器，不需要打斷大哥-內(nèi)核的工作。

3.2

輪詢模式

在輪詢模式發(fā)送數(shù)據(jù)調(diào)用函數(shù)HAL_UART_Transmit() ，接收數(shù)據(jù)調(diào)用函數(shù)HAL_UART_Receive()，兩者的傳入?yún)?shù)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(shù)的幾種調(diào)用案例：

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

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

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

至此本文已經(jīng)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。