从寄存器层面重学STM32（6）——串口USART实战部分

一、前言

学习了UART的相关理论知识，我就让ai给我出题目了，然后自己写的肯定第一遍都是有问题的，还得改正。

二、题目

三、我的解答

第一版答案

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void reg_serial_init(void)
{
  //tx A9 Rx A10
  RCC->APB2ENR |= (1ul<<2) | (1ul<<14);   //打开GPIOA,UART1时钟
  
  GPIOA->CRH &= ~(0xF<<4*1 | 0xF<<4*2); //清零PA9，PA10的原始配置
  GPIOA->CRH |= (0xB<<4*1);  //PA9为Tx引脚，配置为复用推挽输出，50MHz
  GPIOA->CRH |= (0x8<<4*2);   //PA10为Rx引脚，配置为上拉输入
  GPIOA->BSRR |= (1ul<<10); //上拉PA10
  
  USART1->BRR = 0x0271;  //对应二进制0000 0010 0111.0001，是分频系数39.0625
  USART1->CR1 |= (1ul<<2) | (1ul<<3) | (1ul<<5); //开启接收、发送使能，开启接收中断
  //SR2寄存器不需要配置，00默认为1位停止位，CR3也不需要配置，默认其他功能都关闭
  USART1->CR1 |= (1ul<<13); //最后开启UART
  
  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置优先级位数
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;  //选择USART1中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //使能中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;   //设置抢占优先级和响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  
}

void reg_serial_send_arr(uint8_t *data)
{
  //通过DR寄存器发送数据
  int data_len = sizeof(data)/sizeof(uint8_t);
  for(int i=0;i<data_len;i++)
  {
    USART1->DR = data[i];
  }  
}

void reg_serial_send_byte(uint8_t data)
{
  USART1->DR = data;  //数据直接写入DR寄存器
}

uint8_t reg_serial_receive_byte(void)
{
  uint8_t data;
  data = USART1->DR;   //读取DR寄存器的值，然后返回
  return data;
}

void serial_send_byte_wait(uint8_t data)  //在while循环里调用，查询方式发送 1 字节数据的流程
{
  if(USART1->SR & (1ul<<6)) //先检查有没有发送完成
  {
    if(USART1->SR & (1ul<<7)) //再检查发送移位寄存器有没有发送完数据
    {
      reg_serial_send_byte(data); //发送一字节数据
    }  
  }
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
  if(USART1->SR & (1ul<<5))  //判断是否是接收中断
  {
    uint8_t data = reg_serial_receive_byte(); //接收一字节数据，对DR寄存器进行读操作可以自动清零该中断请求
    reg_serial_send_byte(data);   //读出后发送回去
  }
  //下面接其他类型的中断请求，比如这里是判断是否发送完数据的中断请求，当然得确定在CR1寄存器中开启TC中断
  if(USART1->SR & (1ul<<6)) 
  {}
}

AI给的错误提示

reg_serial_send_arr 里用 sizeof(data)/sizeof(uint8_t) 获取长度错误，形参是指针，sizeof 拿到的是指针字节数，不是数组长度。
reg_serial_send_byte、reg_serial_send_arr 直接写 DR，没有先查询 TXE 标志，上一字节没移入移位寄存器时写入会覆盖 TDR 数据，造成丢字节。
serial_send_byte_wait 逻辑问题：发送下一字节只需要判断 TXE，不需要额外判断 TC；使用 if 而不是 while，标志不满足时函数直接退出，数据发不出去。
中断服务函数内调用 reg_serial_send_byte(data)，同样缺少 TXE 判断，存在数据覆盖丢失风险。
serial_send_byte_wait 里面同时判断 TC 和 TXE 是多余的，TC 代表整帧（含停止位）发送完成，不是载入下一个数据的判断条件。

第二版答案

尝试改了sizeof的参数为*data，但是其实这只是一个数据的字节长度，所以是错的，

然后在发送相关的函数添加了判断发送数据寄存器状态的判断：if(USART1->SR & (1ul<<7))，防止数据被覆盖，防止数据覆盖的问题

把发送时判断TC的语句删了，我以为要先判断发送是否完成才能判断要不要继续发送

cs 复制代码

void reg_serial_init(void)
{
  //tx A9 Rx A10
  RCC->APB2ENR |= (1ul<<2) | (1ul<<14);   //打开GPIOA,UART1时钟

  GPIOA->CRH &= ~(0xF<<4*1 | 0xF<<4*2); //清零PA9，PA10的原始配置
  GPIOA->CRH |= (0xB<<4*1);  //PA9为Tx引脚，配置为复用推挽输出，50MHz
  GPIOA->CRH |= (0x8<<4*2);   //PA10为Rx引脚，配置为上拉输入
  GPIOA->BSRR |= (1ul<<10); //上拉PA10

  USART1->BRR = 0x0271;  //对应二进制0000 0010 0111.0001，是分频系数39.0625
  USART1->CR1 |= (1ul<<2) | (1ul<<3) | (1ul<<5); //开启接收、发送使能，开启接收中断
  //SR2寄存器不需要配置，00默认为1位停止位，CR3也不需要配置，默认其他功能都关闭
  USART1->CR1 |= (1ul<<13); //最后开启UART

  NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置优先级位数
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel=USART1_IRQn;  //选择USART1中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;    //使能中断
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =1;   //设置抢占优先级和响应优先级
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

void reg_serial_send_arr(uint8_t *data)
{
  //通过DR寄存器发送数据
  int data_len = sizeof(*data)/sizeof(uint8_t);
  for(int i=0;i<data_len;i++)
  {
    if(USART1->SR & (1ul<<7)) //判断发送数据寄存器是否为空，防止数据被覆盖
      USART1->DR = data[i];
  }  
}

void reg_serial_send_byte(uint8_t data)
{
  if(USART1->SR & (1ul<<7)) //判断发送数据寄存器是否为空，防止数据被覆盖
    USART1->DR = data;  //数据直接写入DR寄存器
}

uint8_t reg_serial_receive_byte(void)
{
  uint8_t data;
  data = USART1->DR;   //读取DR寄存器的值，然后返回
  return data;
}

void serial_send_byte_wait(uint8_t data)  //在while循环里调用，查询方式发送 1 字节数据的流程
{
  if(USART1->SR & (1ul<<7)) //再检查发送移位寄存器有没有发送完数据
  {
    reg_serial_send_byte(data); //发送一字节数据
  }  
}

void USART1_IRQHandler(void)
{
  if(USART1->SR & (1ul<<5))  //判断是否是接收中断
  {
    uint8_t data = reg_serial_receive_byte(); //接收一字节数据，对DR寄存器进行读操作可以自动清零该中断请求
    reg_serial_send_byte(data);   //读出后发送回去
  }
  //下面接其他类型的中断请求，比如这里是判断是否发送完数据的中断请求，当然得确定在CR1寄存器中开启TC中断
  if(USART1->SR & (1ul<<6)) 
  {}
}

AI给的问题：

reg_serial_send_arr 里 int data_len = sizeof(*data)/sizeof(uint8_t); 错误：*data是单个 uint8_t，sizeof 结果永远是 1，无法得到数组长度；函数形参是指针，不能这样获取数组长度。
reg_serial_send_arr、reg_serial_send_byte、serial_send_byte_wait 使用 if 判断 TXE，属于非阻塞判断，如果此时 TXE=0，数据直接丢弃，不会等待发送条件满足，数据发不出去。
中断服务函数里面调用reg_serial_send_byte(data)，同样是 if 判断 TXE，若此时 TXE=0，收到的数据直接丢失，回显失败。
reg_serial_send_arr的 for 循环：如果某次 TXE=0，这一轮 i 对应的字节直接跳过，循环继续下一个，会出现乱序丢字节。
注释笔误：代码里写的SR2寄存器，实际是 USART_CR2。

第三版答案

主要还是这2个函数的问题

我修改了判断TXE的方式，但是逻辑错误了

我修改发送整包数据的参数为数组，但是在sizeof函数里面，数组会退化成指针，结果还是1

AI给的提示：

reg_serial_send_byte 的 while 条件写反：while(USART1->SR & (1ul<<7)) 代表 TXE=1 的时候进入循环、反复写 DR；TXE 一旦变成 0，循环立刻退出。正确应该是等待 TXE 不等于 1（TXE=0）时空循环卡住 ，等 TXE 变为 1 之后跳出循环，再写 DR，也就是 while(!(USART1->SR & (1ul<<7)));，循环体内不写 DR。你现在的写法会疯狂重复写入同一个字节。
reg_serial_send_arr 里 int data_len = sizeof(data)/sizeof(uint8_t); 仍然错误，形参 uint8_t data[] 等价指针，sizeof 获取的是指针大小，得不到数组长度。

cs 复制代码

void reg_serial_send_byte(uint8_t data)
{
    while(USART1->SR & (1ul<<7)) //判断发送数据寄存器是否为空，防止数据被覆盖
    USART1->DR = data;  //数据直接写入DR寄存器
}

void reg_serial_send_arr(uint8_t data[])
{
    //通过DR寄存器发送数据
    int data_len = sizeof(data)/sizeof(uint8_t);
    for(int i=0;i<data_len;i++)
    {
        reg_serial_send_byte(data[i]);
    }
}

第四版答案

解决数组长度的问题，就是直接从外部获取数组长度，因为外部获取时，不受退化影响，如果是内部计算，数组会退化成指针

复制代码

uint8_t buf[] = {0x11,0x00,0x22,0x33};
reg_serial_send_arr(buf, sizeof(buf));

这里在调用方 用 sizeof(buf)，只有在调用处、buf 还是真实数组的时候，sizeof 才能算出真实数组大小；一旦传到函数内部变成指针，就不行了。

后面单独修改发送整包数据的函数了，如下

cs 复制代码

void reg_serial_send_arr(uint8_t data[],int len)
{
  //通过DR寄存器发送数据
  for(int i=0;i<len;i++)
  {
    reg_serial_send_byte(data[i]);
  }  
}