基于STM32实现OTA&BootLoader 第二章——外设功能开发

参考教程：https://www.bilibili.com/video/BV1SatHeBEVG/?spm_id_from=333.1387.favlist.content.click

一、准备工作

1、软件层的准备（Keil工程）

（1）拷贝一份STM32教程中使用OLED屏进行显示的工程文件夹，并更名为"OTA&BootLoader实验工程"。

（2）打开工程，将模拟I2C、模拟SPI、串口模块、DMA模块、W25Q64模块和FLASH模块的分文件添加到工程中（这几个分文件在STM32教程中已经完成开发），并编译。24C02模块（使用I2C通信的外设EEPROM）未在其它教程中开发过，因此需要从零开发。

2、硬件层的准备（接线）

（1）USB转串口模块：

|---------|------------|
| STM32引脚 | 模块引脚 |
| PA10 | TXD |
| PA9 | RXD |
| GND | GND |
| / | VCC与3.3V短接 |

（2）W25Q64模块：

|---------|------|
| STM32引脚 | 模块引脚 |
| PA4 | CS |
| PA5 | CLK |
| PA6 | DO |
| PA7 | DI |
| 3.3V | VCC |
| GND | GND |

（3）24C02模块：

|---------|------|
| STM32引脚 | 模块引脚 |
| PB11 | SDA |
| PB10 | SCL |
| 3.3V | VCC |
| GND | GND |

二、串口&DMA功能开发

1、处理接收数据方案设计

（1）如果使用CPU进行接收数据的处理，对于简单的项目而言问题不但，但对于复杂的项目，CPU往往有"更重要的任务"需要处理，如果接收数据全程由CPU进行算力支持，是非常奢侈的，而DMA可以提供外设和存储器或者存储器和存储器之间的高速数据传输，无须CPU干预，能够节省CPU的资源，因此数据传输可采用DMA。

（2）涉及数据传输，还需要判断单次数据传输是否完成，最简单的就是判断传输信号线是否空闲，如果空闲，说明一次数据传输结束，可以根据此逻辑配置中断，用于请求CPU发出数据处理指令。

（3）单片机需定义缓冲区（一般为一维数组）用于存放接收但未处理的数据，如果单片机的数据处理效率高于数据接收速率，那么缓冲区的大小可相应地较小，为方便介绍，以下以一个2048 bytes的缓冲区为例进行介绍。

①当有源源不断的数据到来时，缓冲区数组从0号下标开始存放数据，先使用标号较小的空间，按顺序往缓冲区中填入数据。

②当缓冲区被使用的标号超过2047后，继续增大标号会引发数组越界，因此需要约定好单次传递数据的最大字节数，比如412 bytes，当新的一组数据到来时，如果缓冲区剩余空间小于412 bytes，那么新的数据应该从缓冲区0号下标位置写入，以规避数据越界风险。当然，也可以采用传统的循环队列，不管高地址的剩余空间有多少，都按标号递增的策略写入数据，直到标号到达2047，再转到0标号继续写入数据，这种策略的开发逻辑会变得稍微复杂一点，且意义不大，并没有起到节约空间的作用。

③缓冲区中只是存放了若干组连续的数据，但并没法直接区分不同组数据的头尾，因此在将数据写入缓冲区时，还应该记录下数据组的起始地址Start和结束地址End，为了方便管理，可以将这些信息定义为一个结构体，再创建结构体数组，当结构体数组溢出时，可按照循环队列的思想从首元素重新写入。

④由于缓冲区是个写入与读出同时不断进行的结构，因此需要再设置IN指针和OUT指针指示缓冲区写入和读出的位置，以便DMA进行数据处理。IN指针和OUT指针可直接指向结构体数组，通过结构体成员间接索引缓冲区的数据，IN指针指向下一个可写入数据的位置，OUT指针指向下一个DMA需要读取的数据的位置，整体思想与循环队列是极其相似的。（可再定义END指针指示结构体数组末端，下图未示出）

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2、Serial.h文件修改

在Serial.h文件中添加如下代码，主要是缓冲区相关的定义

#define U0_RX_SIZE 	2048        //接收数据缓冲区大小（单位为字节）
#define U0_RX_MAX  	256         //单次接收最大数据大小（单位为字节）
#define NUM        	10          //数据组指针结构体数组大小

extern uint8_t U0_RxBuff[U0_RX_SIZE];   //接收数据缓冲区

//数据组指针结构体
typedef struct{
	uint8_t *start;      	//单组数据起始地址
	uint8_t *end;       	//单组数据结束地址
}UCB_URxBuffptr;

//数据组指针结构体数组结构体
typedef struct{
	uint16_t URxCounter;             	//接收数据个数
	UCB_URxBuffptr URxDataPtr[NUM];  	//数据组指针结构体数组
	UCB_URxBuffptr *URxDataIN;       	//IN指针
	UCB_URxBuffptr *URxDataOUT;      	//OUT指针
	UCB_URxBuffptr *URxDataEND;      //END指针
}UCB_CB;

3、串口初始化函数修改

（1）首先在Serial.c文件中包含Serial.h文件，否则无法使用其中的定义。

（2）核对串口初始化函数Serial_Init。

void Serial_Init(void){
	//开启GPIO和USART的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	//USART1_TX（PA9）配置为复用输出模式，USART1_RX（PA10）配置为输入模式
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;         //复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;           //上拉输入
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);
	
	//配置USART1
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;              //波特率
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;  //不使用硬件流控
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;  //支持发送和接收功能
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;     //无校验
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;  //停止位为1位
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  //无校验，一共8位数据
	USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
	
	//开启中断用于接收数据，配置NVIC
	USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);    //RXNE位置为1，也就是RDR中有新数据，会触发一次中断（不使用中断会消耗很多软件资源）
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);      //分组方式2
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;       //USART1到NVIC的通道
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;        //开启中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //抢占优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;        //响应优先级
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	//开启USART1
	USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

4、DMA初始化函数修改

（1）DMA的数据转运方向配置为串口外设数据寄存器至接收数据缓存区。

（2）单次数据传输是否结束是由另外的中断判断，不依赖DMA的传输计数器，因此将传输计数器设置为大于单次数据传输允许的数据大小最大值。

（3）针对以上两点，核对DMA初始化函数MyDMA_Init。

void MyDMA_Init(uint16_t Size)
{
	MyDMA_Size = Size;	//记录传入的Size值（一轮转运的数据个数/传输计数器初值）
	
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);	//开启DMA的时钟
	
	/*DMA初始化*/
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;					//定义结构体变量
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR;	//外设基地址，设置为USART1的数据寄存器地址
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //每次转运1个字节
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;  //起点的地址不自增
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)U0_RxBuff;    //终点的基地址，设置为接收数据缓冲区数组首地址
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;  //每次转运1个字节
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;  //终点的地址自增
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = U0_RX_MAX+1;    //传输计数器初值，设置为大于单次传输最大值
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;   //单次模式（计数器自减为0，一轮转运结束）
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //外设站点（DMA_PeripheralBaseAddr）作为数据源（方向参数）
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Enable;    //使用软件触发（DMA开启后，只要传输计数器的值不为0，转运会一直进行）
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;  //指定优先级
	DMA_Init(DMA1_Channel1, &DMA_InitStructure);
	//DMA1_Channel1：选择DMA1的通道1进行AddrA->AddrB的数据转运
}

5、接收数据缓冲区初始化函数编写

（1）首先在Serial.c文件中定义接收数据缓冲区以及数据组指针结构体数组结构体。

uint8_t U0_RxBuff[U0_RX_SIZE];       //接收数据缓冲区
UCB_CB U0CB;                     //数据组指针结构体数组结构体

（2）IN指针和OUT指针初始化为指向结构体数组的首个成员的位置，END指针初始化为指向结构体数组最后一个成员的位置，该初始化函数也定义在Serial.c文件中。

void U0Rx_PtrInit(void)
{
	U0CB.URxDataIN = &U0CB.URxDataPtr[0];  //IN指针指向结构体数组首个成员的位置
	U0CB.URxDataOUT = &U0CB.URxDataPtr[0];//OUT指针指向结构体数组首个成员的位置
	U0CB.URxDataEND = &U0CB.URxDataPtr[NUM-1];  //END指针指向结构体数组最后一个成员的位置
	
	U0CB.URxDataIN->start = U0_RxBuff;
	
	U0CB.URxCounter = 0;       //结构体数组中的"有效成员"数量为0
}