【Ai-WB2入门篇】UART数据发送与接收

显示全部楼层 · 2024-8-28 09:29:05

通用异步收发传输器(Universal Asynchronous Receiver/Transmiter，通常称为UART)是一种异步收发传输器，提供了与外部设备进行全双工数据交换的灵活方式。Ai-WB2共有2组UART口(UARTO和UART1)，通过配合DMA使用，可以实现高效的数据通信。

本文将详细介绍如何使用Ai-WB2的UART模块。主要内容包括，轮询模式下的数据接收与发送；中断模式下的数据接收与发送以及DMA方式数据接收与发送。
一：Ai-WB2的UART介绍
Ai-WB2共有2 组UART口(UARTO 和UART1)，通过配合DMA使用，可以实现高效的数据通信。
Ai-WB2的UART具有如下特性：
· 全双工异步通信
· 数据位长度可选择51617/8 比特
· 停止位长度可选择0.5/1/1.5/2 比特
· 支持奇/偶/无校验比特
· 可侦测错误的起始比特
· 丰富的中断控制
· 支持硬件流控(RTS/CTS)
· 便捷的波特率编程
· 可配置MSB/LSB 优先传输
· 普通/固定字符的自动波特率检测
· 32 字节发送/接收FIFO
· 支持DMA 传输模式
· 最高工作频率为160MHZ

在前面的【Ai-WB2入门篇】GPIO使用的文章中，我们知道，每个GPIO基本上都可以选择上述可选功能，当选择某个可选功能时，GP1O与对应的功能信号如下表所示：

在上述表格中，当选择UART功能时，只是选择了UART的一个信号，并没有指定该引脚的具体功能(比如是UART TX还是UART RX),还需要通过UART_ SIGX_SEL(X=0-7)进一步选择具体的UART信号及对应的功能。每一个UART_SIGX_SEL可以选择的信号包括：
   · 0 : UARTO RTS
   · 1 : UARTO CTS
   · 2 : UARTO TXD
   · 3 : UARTO RXD
   · 4 : UART1 RTS
   · 5 : UART1 CTS
   · 6 : UART1 TXD
   · 7 : UART1 RXD
以GPIO0为例，当fun_sel选择UART的时候，GPIO0选择的是UART_SIG0,在默认情况下UART_SIGO_SEL的值是0，也就是UART0_RTS，即GPIO是UART0_RTS功能。如果应用程序想把GPIO作为UART1_TXD，那只要把UART_SIGO_SEL设置为6，那么GPIO0的功能就是UART1_TXD。
二：UART相关驱动API介绍
UART的HOSAL层高级驱动API在头文件 components/platform/hosal/include/hosal_uart.h定义并封装BL602的高级UART操作操作。常用的函数如下:
· int hosal_uart_init(hosal_uart_dev_t *uart):初始化UART。其参数说明如下:
      · uart：UART的设备定义。内容如下:

/**
* @brief UART device type
*/
typedef struct {
uint8_t port; /**< @brief UART 端口（BL602中分别为UART0和UART1) */
hosal_uart_config_t config; /**< @brief UART 配置 */
hosal_uart_callback_t tx_cb; /**< @brief UART 发送完成中断回调函数 */
void *p_txarg; /**< @brief UART 发送完成回调函数参数 */
hosal_uart_callback_t rx_cb; /**< @brief UART 接收完成中断回调函数 */
void *p_rxarg; /**< @brief UART rx 接收完成中断回调函数函数 */
hosal_uart_callback_t txdma_cb; /**< @brief UART DMA方式发送完成中断回调函数 */
void *p_txdma_arg; /**< @brief UART DMA方式发送完成中断回调函数参数 */
hosal_uart_callback_t rxdma_cb; /**< @brief UART DMA方式接收完成中断回调函数 */
void *p_rxdma_arg; /**< @brief UART DMA方式接收完成中断回调函数 */
hosal_dma_chan_t dma_tx_chan; /**< @brief UART DMA发送通道 */
hosal_dma_chan_t dma_rx_chan; /**< @brief UART DMA接收通道 */
void *priv; /**< @brief UART 用户自定义数据 */
} hosal_uart_dev_t;

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hosal_uart_dev_t 结构中的 hosal_uart_configt字段用于定义UART的配置，其内容如下

typedef struct {
uint8_t uart_id; /**< @brief UART id */
uint8_t tx_pin; /**< @brief UART tx pin */
uint8_t rx_pin; /**< @brief UART rx pin */
uint8_t cts_pin; /**< @brief UART cts pin */
uint8_t rts_pin; /**< @brief UART rts pin */
uint32_t baud_rate; /**< @brief UART baud rate */
hosal_uart_data_width_t data_width; /**< @brief UART data width */
hosal_uart_parity_t parity; /**< @brief UART parity bit */
hosal_uart_stop_bits_t stop_bits; /**< @brief UART stop btis */
hosal_uart_flow_control_t flow_control; /**< @brief UART flow control */
hosal_uart_mode_t mode; /**< @brief UART int or pull mode */
} hosal_uart_config_t;

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   · 返回值:成功时返回0，否则返回E10或其他值，
· int hosal_uart_send(hosal_uart_dev_t *uart, const void *txbuf, uint32_t size)：轮询方式UART发送数据，其参数说明如下：
    · uart：UART设备
    · txbuf：发送的数据
    · size：发送的数据长度
    · 返回值：当返回值大于0时，表示数据发送成功。否则，表示失败
· int hosal_uart_receive(hosal uart_dev_t *uart, void *data, uint32_t expect_size)：轮询方式UART接收数据，其参数说明如下：
   · uart：UART设备
   · data：接收的数据
   · expect_size：期望接收的数据长度
    · 返回值：当返回值大于0时，表示数据接收成功。否则，表示失败
· int hosal_uart_abr_get(hosal_uart_dev_t*uart,uint8_t mode)：自动获取UART接囗的波特率
· int hosal_uart_ioctl(hosal_uart_dev_t *uart, intctl，void *p_arg)：UART控制函数
   · uart：UART设备
   · ctl：控制命令，其定义如下：

HOSAL_UART_BAUD_SET ：波特率设置，p_arg 为波特率
HOSAL_UART_BAUD_GET : 波特率获取，p_arg 是波特率的指针
HOSAL_UART_DATA_WIDTH_SET : 设置数据宽度，p_arg 为 hosal_uart_data_width_t
HOSAL_UART_DATA_WIDTH_GET : 获取数据宽度，p_arg为hosal_uart_data_width_t的指针
HOSAL_UART_STOP_BITS_SET ：设置停止位，p_arg为hosal_uart_stop_bits_t
HOSAL_UART_STOP_BITS_GET ：获取停止位，p_arg是hosal_uart_stop_bits_t的指针
HOSAL_UART_PARITY_SET ：设置奇偶校验，p_arg为hosal_uart_parity_t
HOSAL_UART_PARITY_GET ：获取奇偶校验，p_arg是hosal_uart_parity_t的指针
HOSAL_UART_MODE_SET ：UART模式设置，p_arg为hosal_uart_mode_t
HOSAL_UART_MODE_GET ：UART模式获取，p_arg是hosal_uart_mode_t的指针
HOSAL_UART_FLOWMODE_SET ：UART流模式设置，p_arg为hosal_uart_flow_control_t
HOSAL_UART_FLOWSTAT_GET ：UART流状态获取，p_arg是hosal_uart_flow_control_t的指针
HOSAL_UART_FREE_TXFIFO_GET ：获取 uart 空闲 tx fifo 大小（字节）
HOSAL_UART_FREE_RXFIFO_GET ：获取 uart 空闲 rx fifo 大小（字节）
HOSAL_UART_FLUSH ：等待发送完成
HOSAL_UART_TX_TRIGGER_ON ：UART TX 触发打开
HOSAL_UART_TX_TRIGGER_OFF ：UART TX 触发关闭
HOSAL_UART_DMA_CONFIG : p_arg 是 hosal_uart_dma_cfg_t 的指针
HOSAL_UART_DMA_TX_START : UART DMA TX start trans p_arg 是 hosal_uart_dma_cfg_t 的指针
HOSAL_UART_DMA_RX_START ：UART DMA RX 开始传输 p_arg 是 hosal_uart_dma_cfg_t 的指针

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   · p_arg：控制命令参数
   · 返回值：成功时返回0，否则返回EIO或其他值
· int hosal_uart_callback_set(hosal_uart_dev_t *uart, int callback_type, hosal_uart_callback_t pfn_callback, void *arg)：UART回调函数设置。
   · uart：UART设备
   · callback_type：回调函数类型，其定义如下：

HOSAL_UART_TX_CALLBACK
HOSAL_UART_RX_CALLBACK
HOSAL_UART_TX_DMA_CALLBACK
HOSAL_UART_RX_DMA_CALLBACK

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   · opfn_callback：回调函数指针
   · arg：回调函数参数
   · 返回值：成功时返回0，否则返回EIO或其他值：
· int hosal_uart_finalize(hosal_uart_dev_t *uart)：释放UART。
三：UART使用示例
1. 轮询方式数据接收与发送
BL602 UART的发送器包含一个32 字节的发送FIFO，用来存放待发送的数据。软件可以通过APB 总线写TXFIFO，也可以通过DMA将数据搬入TXFIFO。当发送使能位被设置时，FIFO 中存放的数据会从TX引脚输出。软件可以选择通过DMA 或APB 总线这两种方式将数据传入TX FIFO。软件可以通过寄存器UART_FIFO_CONFIG_1的位查询TXFIFO 剩余可用空间计数值来检查发送器的状态。发送器的自由运行 (FreeRun)模式如下：
   · 如果没有开启自由运行(freeRun)模式，则当发送字节达到指定长度时发送行为终止并产生中断，如果要继续发送则需重新关闭再使能发送使能位。
   · 如果开启自由运行(FreeRun)模式，则当TXFIFO 里存在数据时，发送器就会进行发送，不会因为发送字节达到指定长度而终止。
BL602 UART的接收器包含一个32 字节的接收FIFO，用来存放接收到的数据。软件可以通过寄存器UART_FIFO_CONEIG_1的位查询RX FIFO 可用数据计数值来检查接收器的状态。寄存器URX_RTO_TIMER 的低8 位用于设定一个接收超时门限，当接收器超过该时间值未收到数据时，会触发中断。寄存器URX_CONFIG 的位和用于使能去毛刺功能和设置门限值，其控制的是UART 采样之前的滤波部分UART 会将波形当中宽度低于门限值的毛刺滤掉，然后在将其送去采样。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <bl_gpio.h>
#include <stdio.h>
#include <hosal_gpio.h>
#include <hosal_dma.h>
#include <blog.h>
#include <stdbool.h>
#include <hosal_uart.h>
#define TAG "uart_demo"
// UART引脚
#define RX_PIN 4
#define TX_PIN 3
// 创建UART配置
HOSAL_UART_DEV_DECL(uart_dev_int, 1, TX_PIN, RX_PIN, 115200);
static void uart_init(void){
uart_dev_int.config.uart_id = 1;
/* 初始化UART */
hosal_uart_init(&uart_dev_int);
/* UART配置为轮询模式 */
hosal_uart_ioctl(&uart_dev_int, HOSAL_UART_MODE_SET, (void *)HOSAL_UART_MODE_POLL);
}
static void uart_task(void* params){
uart_init();
uint8_t data[32];
int ret;
printf("uart task inited\r\n");
hosal_uart_send(&uart_dev_int, "hello,uart1 demo\r\n",18);
while(true){
memset(data,0,32);
ret = hosal_uart_receive(&uart_dev_int, data, sizeof(data));
if (ret > 0) {
/* Uart send poll */
hosal_uart_send(&uart_dev_int, data, ret);
data[ret - 1] = '\0';
printf("recv:%s\r\n",data);
}
vTaskDelay(1);
}
}
void main(void) {
printf("uart demo inited\r\n");
xTaskCreate(uart_task, "uart_task", 1024, NULL, 15, NULL);
}

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在示例代码中，
第一步，我们通过 HOSAL_UART_DEV_DECL 宏来创建UART的配置 hosal_uart_config_t 对象.
第二步，在 uart_init 函数中，通过调用 hosal_uart_init 函数和 hosal_uartioct1函数分别初始化UART和设置UART的工作模式为Pol模式。
第三步，创建一个FreeRTOS任务，用于接收和发送UART数据。当hosa1_uart_receive 接收到数据后，再将接收到的数据通过调用hosal_uart_send 发送。
第四步，在main函数中，创建并启动任务。
运行结果如下：

2. 中断方式数据接收与发送
BL602的UART 有着丰富的中断控制，包括以下几种中断模式：
   · TX 传输结束中断
   · RX 传输结束中断
   · TX FIFO 请求中断
   · RX FIFO 请求中断
   · RX 超时中断
   · RX 奇偶校验错误中断
   · TX FIFO 溢出中断
   · RX FIFO 溢出中断
TX 和RX可以通过寄存器UTX_CONFIG 和URX_CONFIG 的高16 位分别设置一个传输长度值，当传输的字节数达到这个数值时，就会触发对应的TXRX 传输结束中断。TX/RXFIFO 请求中断会在其FIFO 可用计数值大于寄存器UART_FIFO_CONFIG_1中所设定的阈值时触发，当条件不满足时该中断标志会自动清除。RX超时中断会在接收器超过超时门限值未收到数据时触发，而RX 奇偶校验错误中断会发生在奇偶校验出错时。如果TXIRXFIFO 发生了上溢或者下溢，会触发对应的溢出中断，当FIFO 清除位TFICLRIRFICLR 被置1时，对立的FIFO 会被清空，同时溢出中断标志会自动清除。可以通过寄存器UART_INT_STS 查询各中断状态，通过向寄存器UART_INT_CLEAR 相应的位写1清除中断。
在前面的基础上，接下来，我们将实现中断方式接收和发送数据。
第一步，定义发送中断回调函数

static int __uart_tx_callback(void *p_arg)
{
static uint8_t tx_counts = 0;
char buf[] = "TX interrupt TEST\r\n";
hosal_uart_dev_t *p_dev = (hosal_uart_dev_t *)p_arg;
if (tx_counts < sizeof(buf)) {
hosal_uart_send(p_dev, &buf[tx_counts++], 1);
} else {
/*如果数据传输完成，关闭TX触发模式 */
hosal_uart_ioctl(p_dev, HOSAL_UART_TX_TRIGGER_OFF, NULL);
}
return 0;
}

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第二步，定义接收中断回调函数。

static int __uart_rx_callback(void *p_arg)
{
int ret;
hosal_uart_dev_t *p_dev = (hosal_uart_dev_t *)p_arg;
ret = hosal_uart_receive(p_dev, data_buf, RX_DATA_SIZE);
hosal_uart_send(p_dev, data_buf, ret);
return 0;
}

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第三步，初始化UART工作模式为中断模式

static void uart_init(void){
uart_dev_int.config.uart_id = 1;
/* 初始化UART */
hosal_uart_init(&uart_dev_int);
/* UART配置为中断模式 */
hosal_uart_ioctl(&uart_dev_int, HOSAL_UART_MODE_SET, (void *)HOSAL_UART_MODE_INT);
/* 设置接收和发送中断回调函数 */
hosal_uart_callback_set(&uart_dev_int, HOSAL_UART_RX_CALLBACK,
__uart_rx_callback, &uart_dev_int);
hosal_uart_callback_set(&uart_dev_int, HOSAL_UART_TX_CALLBACK,
__uart_tx_callback, &uart_dev_int);
/*启用发送中断 */
hosal_uart_ioctl(&uart_dev_int, HOSAL_UART_TX_TRIGGER_ON, NULL);
/*启用接收中断 */
hosal_uart_ioctl(&uart_dev_int, HOSAL_UART_RX_TRIGGER_ON, NULL);
}

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第四步，定义任务

static void uart_task(void* params) {
uart_init();
printf("uart task start\r\n");
hosal_uart_send(&uart_dev_int, "hello,uart1 demo\r\n", 18);
while (true) {
vTaskDelay(1);
}
}

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第五步，启动任务

void main(void) {
printf("start to init uart...\r\n");
xTaskCreate(uart_task, "uart_task", 1024, NULL, 15, NULL);
}

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三：DMA方式接收与发送数据
BL602的UART 支持DMA传输模式。使用该模式需要通过寄存器UART_FIFO_CONFIG_1的位和分别设置TX和RXFIFO的阈值，当该模式启用后，UART会对TX/RXFIFO 进行检查，一日TXRX的FIFO 可用计数值大千基设定的闹值，将会发起DMA 请求，DMA 会按照设定将数据搬移至TX FIFO 中或从RX FIFO 中移出。