1、操控UART寄存器实现输出功能

在这一章里，重点需要了解如何通过寄存器操控GPIO、UART，使得MCU通过UART总线输出字符，实现打印功能。

一、GPIO相关寄存器

如果开发板上引脚资源够用的话，并不需要额外配置GPIO的复用功能。但如果想要复用GPIO为某一路UART的功能引脚，就需要了解如何操作GPIO的相关寄存器了。

GPIO 寄存器通常属于外设寄存器的一部分，其在芯片的数据手册中会详细列出对应的内存映射地址 。比如，GPIO 寄存器组的基地址可能为 0x10012000。在实际操作中，通过该基地址及各个寄存器的偏移量，可以访问和控制对应的硬件功能。这些偏移量通常以特定的单位（如字节或字）表示，允许程序通过对特定寄存器地址的读写操作来控制 GPIO 引脚的状态、模式、配置等功能。
cpp 复制代码
#define GPIOA_BASE 0x10012000

在查询到 GPIO 外设的基地址后，还需要了解各个寄存器的具体偏移地址。例如，用于控制 GPIO 引脚输入输出方向的寄存器通常位于偏移地址 0x00 处，用于读取 GPIO 引脚输入电平的寄存器通常位于偏移地址 0x04 处，而配置引脚复用功能的寄存器可能位于偏移地址 0x1C 处。通过了解这些偏移地址，可以定义适当的宏来访问和修改相应寄存器的值。通过基地址与偏移地址的组合，能够精确地对对应寄存器进行读写操作，以实现 GPIO 引脚的配置与控制。
cpp 复制代码
#define GPIOA_REG(reg) ((volatile uint32_t *)(GPIOA_BASE + reg))
其中volatile关键字主要用于告知编译器某个变量的值可能会被外部因素改变，因此不应对该变量进行优化。确保每次访问时都是直接从内存中读取变量的值。
因此在配置复用功能时，只需要对应的修改0x1C处管理GPIO复用功能的寄存器即可。
cpp 复制代码
*(GPIOA_REG(MUXCFG)) &= (~((uint32_t)3<<gpio_mux_cfg_shift[gpio_pin]));
*(GPIOA_REG(MUXCFG)) |= (af_fun[gpio_pin]<<gpio_mux_cfg_shift[gpio_pin]);

二、UART相关寄存器

一般来说，MCU 通常会配备多个 UART 外设，每个 UART 外设都拥有独立的寄存器组。根据实际需求，你需要查阅芯片文档，确定对应 UART 外设的寄存器基地址，以便进行相应的配置和操作。
cpp 复制代码
#define UART1_BASE 0x10023000

UART有几个必须要配置的参数，这是收发端能够正常通信的关键。包括波特率（每秒发送bit数）、数据位、停止位、奇偶校验位。这4个参数需要收发端一致，否则无法正常收发数据。在配置波特率时，涉及到三个寄存器，分别是DLL（偏移地址：0x00）、DLM（偏移地址：0x04）、LCR（偏移地址：0x0C）。

根据数据手册得，我们需要先将LCR寄存器第7位置1，从而允许对DLL和DLM寄存器的操控。随后根据波特率计算公式得到DLL、DLM寄存器的值。其中DLL存储除数低8位，DLM存储除数高8位。
cpp 复制代码
uint32_t mcu_clk = 2000000;
uint32_t divisor = mcu_clk / baud - 1;
*UART_REG(LCR)= 0x80;//使能操控DLL寄存器
*UART_REG(DLM) = (divisor >> 8 )& 0xFF;
*UART_REG(DLL) = (divisor) & 0xFF;
对于数据位、停止位、奇偶校验位的操作如下：
cpp 复制代码
    uint32_t stopbit_val = (stopbit == 1) ? 0x0 : 0x1;
    uint32_t parity_val = (parity_en==1) ? 1 : 0;
    *UART_REG(LCR) = 0X03 | (stopbit_val << 2);
    *UART_REG(LCR) |= (parity_val << 3);

三、收发字符

UART收发字符也需要操控相关寄存器，即RBR(偏移地址：0x00)、THR(偏移地址：0x00)、LSR(偏移地址：0x14)。可以看到RBR、THR、和上述DLL寄存器共用一个偏移地址。MCU通过LCR寄存器的第7位判断具体操纵的哪个寄存器。为1则操纵DLL配置波特率。为0则操纵RBR、THR控制数据收发。

最简单的发送方式如下，即往RBR寄存器里写入字符：
cpp 复制代码
void Uart_putc(char c)
{
    *(UART_REG(THR)) = (uint8_t)c;
    return;
}
void Uart_puts(char *s)
{
    while (*s) {
        Uart_putc(*s++);
    }
}
最简单的回显输入字符的过程如下：首先从接收缓冲区读取输入字符，然后将该字符发送到发送缓冲区。在此过程中，可以通过读取 LSR（Line Status Register） 寄存器的 第 0 位（Receiver Data Ready, RDR）来判断是否有新字符已被接收。只有在接收到字符后，才能继续进行后续的处理和发送。
cpp 复制代码
uint32_t Uart_CheckLSR()
{

    return *(UART_REG(LSR)) & 1;
}    
while (1)
{
    while (Uart_CheckLSR() == 0);
    Uart_putc(Uart_getc());
}