RISC-V MCU中文社区

RVMCU课堂「13」: 手把手教你玩转RVSTAR—UART通信篇

发表于 2021-04-30 11:40:52
0
671
3

串行通信(Serial Communication)是一种常见的通信方式,指的在发送或接收数据时逐位传输,一次只传输一位;与此相对的是并行通信,一次可传输多个数据位。相比于并行通信,串行通信虽然数据传输速率较慢,但其占用资源少、成本低、实现简单,因此在嵌入式系统中应用十分广泛,而UART(通用异步收发器)则是众多串行通信协议中最典型的一种。本期内容将通过PC主机与RV-STAR开发板间的三个通信小实验,简单讲解UART串口通信的应用方法。


系统环境

Windows 10-64bit


软件平台

NucleiStudio IDE 202102版或 PlatformIO IDE

CoolTerm


硬件需求

RV-STAR开发板







GD32VF103 USART介绍

通用同步异步收发器(USART)提供了一个灵活方便的串行数据交换接口,数据帧可以通过全双工或半双工,同步或异步的方式进行传输。USART提供了可编程的波特率发生器及奇偶校验位、数据位和停止位等可编程的串口特性。它还支持多处理器通信、多种状态标志和硬件流控操作(CTS/RTS)。另外,USART还支持DMA功能,以实现高速率的数据通信(除了UART4)。


(USART模块内部框图)


更多USART详细特性可查阅《GD32VF103用户手册》





RV-STAR的USB UART电路

在之前的文章中介绍过,RV-STAR的开发板上使用了一个双端口的FT2232 USB设备芯片,一个端口用于JTAG调试,另一个端口可建立开发板到电脑的串口连接,其电路原理图如下:


(GD32VF103部分引脚电路图)


(FT2232部分引脚电路图)


从电路原理图可知,RV-STAR是通过UART4_TX(PC12)和UART4_RX(PD2)连接到FT2232芯片,进而和电脑建立连接的,了解了这个才便于我们稍后编写实验代码。






实验1:返回接收的字符

实验1是让RV-STAR开发板接收从PC主机发送的字符,再回发给PC主机。
在进行UART编程的时候,首先需要对UART外设进行初始化,代码片段如下:


void uart_init()
{
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOC);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOD);
    rcu_periph_clock_enable(RCU_UART4);

    // UART4_TX - PC12
    gpio_init(GPIOC, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_12);
    // UART4_RX - PD2
    gpio_init(GPIOD, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_2);

    usart_deinit(UART4);
    usart_baudrate_set(UART4, 115200U);
    usart_word_length_set(UART4, USART_WL_8BIT);
    usart_stop_bit_set(UART4, USART_STB_1BIT);
    usart_parity_config(UART4, USART_PM_NONE);
    usart_hardware_flow_rts_config(UART4, USART_RTS_DISABLE);
    usart_hardware_flow_cts_config(UART4, USART_CTS_DISABLE);
    usart_receive_config(UART4, USART_RECEIVE_ENABLE);
    usart_transmit_config(UART4, USART_TRANSMIT_ENABLE);
    usart_enable(UART4);
}


首先需要初始化外设时钟,然后将发送引脚初始化为推挽输出模式、接收引脚初始化为浮空输入模式,然后依次设置UART4的波特率(115200)、数据位(8位)、停止位(1位)、奇偶校验位(无)、硬件流控以及使能收发器。
UART发送器和接收器支持若干个中断事件,为了保证接收数据的完整和及时,我们通常使用中断的方式处理数据的接收,因此需要在主程序开始时进行中断使能,这里使用非向量模式中断,当接收器接受到数据帧,其状态寄存器的RBNE产生置位时触发中断,其代码片段如下:


int main()
{
    uart_init();

    ECLIC_Register_IRQ(UART4_IRQn, ECLIC_NON_VECTOR_INTERRUPT, ECLIC_LEVEL_TRIGGER, 1, 0, NULL);
    __enable_irq();

    usart_interrupt_enable(UART4, USART_INT_RBNE);

    while (1);
}

主程序中只进行外设初始化中断使能,接收字符和回传因为时间极短,可以都在中断服务程序中处理:使用字符型变量c保存使用usart_data_receive()接收到的数据,然后再使用usart_data_transmit()发送出去(每次发送数据帧,需要等待USART_FLAG_TBE置位后再发送下一帧)。


void UART4_IRQHandler(void)
{
    if (RESET != usart_interrupt_flag_get(UART4, USART_INT_FLAG_RBNE))
    {
        uint8_t c = usart_data_receive(UART4);

        usart_data_transmit(UART4, c);
        while (SET != usart_flag_get(UART4, USART_FLAG_TBE));
    }
}


完成代码编写后,连接开发板,编译并上传代码。为了屏蔽不同IDE的串口终端的差异,我们使用通用的PC串口软件CoolTerm来观察串口实验的现象,它是一个免费而功能强大的串口调试软件。

下载链接:

https://coolterm.sooftware.com/windows

首先打开Windows设备管理器,查看RV-STAR开发板的串口端口号(笔者的电脑上是COM15,读者的电脑上可能不同)。


(设备管理器查看端口)


然后打开CoolTerm,点击“Options”按钮进行串口配置,选择COM15端口,设置波特率为115200,其他采用默认设置(和代码中对UART4串口的配置一致),点击下方的“OK”按钮后,点击“Connect”按钮,即可连接到RV-STAR的串口上。


(配置CoolTerm)


连接成功后,参照下图,在“Connection”选项卡中找到“Send String”然后打开。


(打开发送窗口)


在发送窗口中,输入字符,然后点击“Send”发送,会发现RV-STAR将字符进行了回传,并打印显示在了终端窗口中。                                                      


(在发送窗口中输入字符)


也可以不使用“Send String”,直接将光标移动到终端窗口中,然后键入字符,也可正常回显。


(直接在终端窗口中键入字符)


完整代码请参考:

https://gitee.com/Nuclei-Software/nuclei-board-labs/tree/master/rvstar/uart/uart_return_char





实验2:控制板载RGB LED

实验2是通过PC主机向RV-STAR的串口发送'r','g','b'三种不同的字符,用以控制RV-STAR的板载RGB LED产生不同的亮光。
实验1的回传字符程序不同的地方是,实验2的代码里使用了一个char类型的全局变量led_color作为主程序和中断服务程序的桥梁,用于存储在中断服务程序中接收到的字符,然后在主程序的循环体中调用函数,据此变量改变led的状态。
完整代码请参考:



实验现象参考以下动图,在CoolTerm终端中键入'r','g','b'字符,LED依次亮红光、绿光和蓝光。







实验3:返回接收的字符串

实验3实验1实验2升级版,可以让RV-STAR开发板接收从PC主机发送的一串字符串并进行回传。其实现思路是:在全局变量中定义了一个数组用作接收数据的环形缓冲区,每次在接收中断里将收到的字符存入环形缓冲区,在主循环中检测接收缓冲区是否收到了一段完整的字符串(通过判断头尾指针和'\n'结束符),然后再将缓冲区中的字符依次传出。
在CoolTerm中的实验现象参照下图(需要键入一个回车光标作为结束符):



由于涉及的内容较多,这里不做过多的介绍,欢迎感兴趣的读者在社区中交流,完整代码请参考:

https://gitee.com/Nuclei-Software/nuclei-board-labs/tree/master/rvstar/uart/uart_return_string



喜欢3
用户评论
关于作者
芯来小姐姐

芯来小姐姐 未通过人工认证

懒的都不写签名

问答
粉丝
7
关注
0
  • 芯来Tech Day南京:RISC-V生态与应用技术研讨
  • 早春营|RISC-V处理器嵌入式开发
  • RV-STAR 开发板
  • RISC-V处理器设计系列课程
  • 培养RISC-V大学土壤 共建RISC-V教育生态
芯来Tech Day南京:RISC-V生态与应用技术研讨