代码收藏家 STM32_串口
串口调试_重定向
在使用串口调试时，可以使用printf、scanf来进行调试。
使用之前需要做两步工作：1、Keil配置使用微库。2、重写fputc、fgetc；
1、Keil配置使用微库
点击Keil的魔术棒，如下图
点击Target，勾选Use McroLIB即可配置使用微库
2、重写fputc、fgetc
首先需要包含两个头文件
#include "stdio.h"
#include "string.h"重写两个函数，函数原型如下：
int fputc(int c, FILE * stream){
uint8_t ch[1]={c};
HAL_UART_Transmit(&huart1,ch,1,0xffff);
return c;
}
int fgetc(FILE * stream){
int c;
HAL_UART_Receive(&huart1,(uint8_t*)&c,1,0xffff);
return c;
}3、编写调试程序
编写一个简单的调试程序来验证printf、scanf能否使用
while (1)
{
scanf("%s",buf);
printf("r:%s\r\n",buf);
HAL_GPIO_TogglePin(LED1_Port,LED1_Pin);
}
验证结果为：当处于scanf时，程序会堵塞，直到scanf接收到数据，这与c语言中的scanf有着相同的效果。
注意点是，printf、scanf都是使用阻塞法进行发送、接收，只适合用于调试，而不是具体功能的实现。
环形缓冲区
串口的接收只有一个DR寄存这个位置。如果不断接收到新的数据，DR寄存器中的数据还未来得及进行处理，这时DR寄存器中的数据就会覆盖，造成数据的丢失。这里引用环形缓冲区的算法，来解决数据丢失的问题。
模型
缓冲区就是一个大一点的数组，可以用来存放多个数据。环形，就是指当存到数组的最后一个位置之后，将从头继续存入数据。
缓冲区具体模型如下：
根据上述描述，环形缓冲区需要做3件事：
申请一个内存，来实现一个缓冲区的作用，即：定义一个数组
对缓冲区进行写数据操作，即：将DR寄存器的数值写入数组
对缓冲区进行读数据操作，即：将数组中数据读出来并进行处理
为了方便管理，将定义一个结构体来包含上述内容，结构体声明如下：
#define RING_BUF_SIZE 100
typedef struct{
uint8_t buf[RING_BUF_SIZE]; /* 缓冲区 */
int R_point; /* 读指针 */
int W_point; /* 写指针 */
}Ring_Buf_Type;防止数组溢出小算法
在编程之前，先引入一个防止数组溢出的小算法。因为编写环形缓冲区时，指针需要不断的偏移，这就使得指针可能会偏移到数组的空间外面。
使用取余%的算法即可很好的解决这个问题。具体算法如下：
W_point = (W_point+1)%BUF_SIZE;我们让指针偏移之后，对整个数组的大小进行取余，那么结果的范围就是0~BUF_SIZE-1，这正好是数组的索引范围。这样就解决了数组溢出的问题。
1、初始化环形缓冲区
初始化环形缓冲区就是将读写指针都指向0，缓冲区数据清空。
具体代码实现如下：
/* 环形缓冲区初始化 */
void Ring_Buf_Init(Ring_Buf_Type* buf){
memset(buf,'\0',RING_BUF_SIZE); //数组清零
buf->W_point = 0; //写指针清零
buf->R_point = 0; //读指针清零
}2、写缓冲区
写缓冲区需要进行三步：
判断写满就是判断 ” 当前的写指针+1位置 “ 是否等于 “ 当前的读指针位置 ”。如果等于，就代表缓冲区已经满了，该数据就禁止写入，选择丢弃。
写入缓冲区就是将数据写入当前写指针指向的位置。
具体的代码如下：
/* 环形缓冲区写数据 */
/* 返回值: 1:成功写入 0:写入失败 */
uint8_t Ring_Buf_Write_Data(Ring_Buf_Type* buf,uint8_t data){
/* 1.判断缓冲区是否已经满了 */
if((buf->W_point+1)%RING_BUF_SIZE == buf->R_point){
return 0;
}
/* 2.写缓冲区 */
buf->buf[buf->W_point] = data;
/* 3.写指针+1 */
buf->W_point = (buf->W_point+1)%RING_BUF_SIZE;
return 1;
}3、读缓冲区
读缓冲区与写缓冲区类似，也需要3步
判断缓冲区是否为空就是判断读指针和写指针是否重合了。
读取缓冲区就是将读指针的位置的数据读出来。
具体的代码如下：
/* 环形缓冲区读操作 */
uint8_t Ring_Buf_Read_Data(Ring_Buf_Type* buf,uint8_t* data_tmp){
/* 1.判断缓冲区是否为空 */
if(buf->R_point == buf->W_point){
return 0;
}
/* 2.读缓冲区 */
*data_tmp = buf->buf[buf->R_point];
/* 3.读指针+1 */
buf->R_point = (buf->R_point+1)%RING_BUF_SIZE;
return 1;
}4、动态过程分析
动态写入过程
初始阶段读写指针都指向0位置。之后写入一个数据，写指针偏移一位。再写入一个数据，写指针偏移一位。再写入一个数据，写指针+1 = 读指针，代码已经写满，此次不进行写入数据。
存在问题就是，根据上述的算法，虽然缓存区的大小为3，但实际上能写的数据只有两个
即：实际空间 = 缓存区大小 – 1
个人认为，这个不必解决。多申请一些空间即可。
具体的动态过程如下：
动态读取过程
接着上面的情况，当前的缓存区已满。之后读取一个数据，读指针偏移一位。再读取一个数据，读指针偏移一位。再读取一个数据，读指针 = 写指针 ，代表已经全部读完，本次不进行读取。
读取的过程没有任何问题，不进行读取的位置就是写指针不进行写入的位置，这样就可以实现读取的数据一定是有效数据。
具体的动态过程如下：
串口不定长接收（单字符处理）
单字符处理的方法就是：接收到一个字符，处理一个字符，从而达到不定长数据处理的效果。
串口的接收是一个字符一个字符接收的，这些数据会存放在一个8位的DR寄存器中。即：DR寄存器只能存一个字符，下一个字符来到后，会覆盖这个字符。因此在接收到数据之后，需要将DR寄存器的值立刻读取出来，存放到一个自己可控的区域去。这就使用到了上述的环形缓冲区。
STM32串口接收相关寄存器
在编程之前，首先需要了解一下STM32串口相关接收方面寄存器的特点
主要的寄存器位是RXNE位，特点如下：
根据上述特点，我们就可以在中断中进行单字节的处理，并把数据依次存入到环形缓冲区中。
单字节处理（中断）
单字节处理的步骤如下：
添加头文件
在stm32f1xx_it.c中包含环形缓冲区的头文件ring_buf.h
修改中断函数
修改USART_IRQHandler中断处理函数，具体修改如下：
if((USART1->SR & (1<<5)) != 0)这一句的含义是获取RXNE位是1还是0，因为RXNE在SR寄存器的第5位。
data = USART1->DR;这一句是读取串口接收到的字符数据，因为DR存放该数据
这里面没有RXNE清零操作，因为在读取DR时会自动清除RXNE
uint8_t data;
/* 1.判断是谁到达的中断 */
if((USART1->SR & (1<<5)) != 0){//1.&要加括号 2.不能写 = 1
data = USART1->DR;
Ring_Buf_Write_Data(&ring_buf,data);
if(data == '!'){/* 结束标志 */
Ring_buf_rx_flag = 1;
}
}
修改之后的USART_IRQHandler的样子
编写main函数
main函数中通过判断Ring_buf_rx_flag来判断是否已经接收完成。
接收完成之后，将数据进行打印。
while (1)
{
if(Ring_buf_rx_flag == 1){
while(Ring_Buf_Read_Data(&ring_buf,&c)){
printf("%c",c);
}
printf("\r\n");
Ring_buf_rx_flag = 0;
}
}
调试结果
因为在改写中断处理时，编写了 ! 作为结束标志，所以发送时必须加 ! 才能算是接收完成。
这可以根据需求修改结束标志的字符。
具体调试结果如下：
单字节处理相关思考
环形缓冲区
在这次示例中，我所感受到的环形缓冲区的作用就是不需要用memset去清零它。但是环形缓冲区依旧有丢失数据的风险。
当 ring_buf 的空间小于一次性发出的数据量时，比如空间只有100，但一次发出了1000个，这样的话并不会覆盖前100个数据，但是会丢弃后面900个数据。不管怎样，100的数组大小最终只能接收100大小的数据。
我总想有一个方法，比如有1000个数据，我读完50个之后，把这50个进行处理一下，之后扔掉。然后再读50个，再扔掉。这样100大小的数组就可以处理1000的数据量了。但现在还不能实现该情况。
数据处理
在单字节处理下，可以知道接收的每个字节是什么。
上述存在一次性接收不了太多的数据，那可以多定义几个缓冲区。又因为可以知道每个字节是什么，那么就可以设定一个结束符，将数据一段段的存入相应的缓冲数组。
我在解析GPS数据遇到的问题是：这个GPS一次性发送的数据很多，大概500个字符。但是指令是一条一条的，一个指令也就100个字符不到。我当时使用的方法定义了一个超级大的数组，来存放这些数据，之后才对数据进行了解析。这样效率就大大下降。
在单字节处理下，我可以判断是否当前为$符号，如果是，就让他存入一个数组，之后再检测到$符号，就存入下一个数组。这样就在接收时自动存入了相应的数组。方便了后面的数据解析。
GPS一次性传输的数据如下：
$GPRMC,051522.00,A,3155.40269,N,11852.46401,E,0.542,,170424,,,A*75
$GPVTG,,T,,M,0.542,N,1.005,K,A*24
$GPGGA,051522.00,3155.40269,N,11852.46401,E,1,04,8.80,41.3,M,2.7,M,,*59
$GPGSA,A,3,06,30,14,07,,,,,,,,,12.79,8.80,9.28*3B
$GPGSV,3,1,09,06,30,240,41,07,05,186,30,14,84,240,35,19,,,17*4D
$GPGSV,3,2,09,21,13,049,22,29,,,21,30,21,214,40,31,,,09*7D
$GPGSV,3,3,09,40,14,255,35*45
$GPGLL,3155.40269,N,11852.46401,E,051522.00,A,A*6B作者：荣世蓥
