完成串口IT方式

book/06：串口通信/01.md

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 # 2. HAL库外设初始化过程
+
+## 2.1. 串口外设句柄
+
+stm32f1xx_hal_uart.h 的160行；
+
+```c
+typedef struct __UART_HandleTypeDef
+{
+  USART_TypeDef                 *Instance;        /*!< UART registers base address        */
+
+  UART_InitTypeDef              Init;             /*!< UART communication parameters      */
+
+  const uint8_t                 *pTxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Tx transfer Buffer */
+
+  uint16_t                      TxXferSize;       /*!< UART Tx Transfer size              */
+
+  __IO uint16_t                 TxXferCount;      /*!< UART Tx Transfer Counter           */
+
+  uint8_t                       *pRxBuffPtr;      /*!< Pointer to UART Rx transfer Buffer */
+
+  uint16_t                      RxXferSize;       /*!< UART Rx Transfer size              */
+
+  __IO uint16_t                 RxXferCount;      /*!< UART Rx Transfer Counter           */
+
+  __IO HAL_UART_RxTypeTypeDef ReceptionType;      /*!< Type of ongoing reception          */
+
+  __IO HAL_UART_RxEventTypeTypeDef RxEventType;   /*!< Type of Rx Event                   */
+
+  DMA_HandleTypeDef             *hdmatx;          /*!< UART Tx DMA Handle parameters      */
+
+  DMA_HandleTypeDef             *hdmarx;          /*!< UART Rx DMA Handle parameters      */
+
+  HAL_LockTypeDef               Lock;             /*!< Locking object                     */
+
+  __IO HAL_UART_StateTypeDef    gState;           /*!< UART state information related to global Handle management
+                                                       and also related to Tx operations.
+                                                       This parameter can be a value of @ref HAL_UART_StateTypeDef */
+
+  __IO HAL_UART_StateTypeDef    RxState;          /*!< UART state information related to Rx operations.
+                                                       This parameter can be a value of @ref HAL_UART_StateTypeDef */
+
+  __IO uint32_t                 ErrorCode;        /*!< UART Error code                    */
+
+#if (USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS == 1)
+  void (* TxHalfCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);        /*!< UART Tx Half Complete Callback        */
+  void (* TxCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);            /*!< UART Tx Complete Callback             */
+  void (* RxHalfCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);        /*!< UART Rx Half Complete Callback        */
+  void (* RxCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);            /*!< UART Rx Complete Callback             */
+  void (* ErrorCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);             /*!< UART Error Callback                   */
+  void (* AbortCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);         /*!< UART Abort Complete Callback          */
+  void (* AbortTransmitCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart); /*!< UART Abort Transmit Complete Callback */
+  void (* AbortReceiveCpltCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);  /*!< UART Abort Receive Complete Callback  */
+  void (* WakeupCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);            /*!< UART Wakeup Callback                  */
+  void (* RxEventCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Pos); /*!< UART Reception Event Callback     */
+
+  void (* MspInitCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);           /*!< UART Msp Init callback                */
+  void (* MspDeInitCallback)(struct __UART_HandleTypeDef *huart);         /*!< UART Msp DeInit callback              */
+#endif  /* USE_HAL_UART_REGISTER_CALLBACKS */
+
+} UART_HandleTypeDef;
+```
+
+和定时器的代码组织方式是一样的，包含和串口的属性以及操作的函数指针。基本解释可以参考教科书269页。
+
+## 2.2. 串口初始化数据类型（p270）
+
+stm32f1xx_hal_uart.h 的46行；
+
+```c
+typedef struct
+{
+  uint32_t BaudRate;                  /*!< This member configures the UART communication baud rate.
+                                           The baud rate is computed using the following formula:
+                                           - IntegerDivider = ((PCLKx) / (16 * (huart->Init.BaudRate)))
+                                           - FractionalDivider = ((IntegerDivider - ((uint32_t) IntegerDivider)) * 16) + 0.5 */
+
+  uint32_t WordLength;                /*!< Specifies the number of data bits transmitted or received in a frame.
+                                           This parameter can be a value of @ref UART_Word_Length */
+
+  uint32_t StopBits;                  /*!< Specifies the number of stop bits transmitted.
+                                           This parameter can be a value of @ref UART_Stop_Bits */
+
+  uint32_t Parity;                    /*!< Specifies the parity mode.
+                                           This parameter can be a value of @ref UART_Parity
+                                           @note When parity is enabled, the computed parity is inserted
+                                                 at the MSB position of the transmitted data (9th bit when
+                                                 the word length is set to 9 data bits; 8th bit when the
+                                                 word length is set to 8 data bits). */
+
+  uint32_t Mode;                      /*!< Specifies whether the Receive or Transmit mode is enabled or disabled.
+                                           This parameter can be a value of @ref UART_Mode */
+
+  uint32_t HwFlowCtl;                 /*!< Specifies whether the hardware flow control mode is enabled or disabled.
+                                           This parameter can be a value of @ref UART_Hardware_Flow_Control */
+
+  uint32_t OverSampling;              /*!< Specifies whether the Over sampling 8 is enabled or disabled, to achieve higher speed (up to fPCLK/8).
+                                           This parameter can be a value of @ref UART_Over_Sampling. This feature is only available
+                                           on STM32F100xx family, so OverSampling parameter should always be set to 16. */
+} UART_InitTypeDef;
+```
+
+StopBits
+
+![image-20240929154747976](./img/image-20240929154747976.png)
+
+Parity
+
+![image-20240929154807419](./img/image-20240929154807419.png)
+
+Mode
+
+![image-20240929154830676](./img/image-20240929154830676.png)
+
+HwFlowCtl
+
+![image-20240929154857111](./img/image-20240929154857111.png)
+
+注意：一般串口通信都使用三根线，不会用到硬件流控。
+
+OverSampling
+
+![image-20240929154951411](./img/image-20240929154951411.png)
+
+## 2.3. 串口初始化过程
+
+![image-20240929162341424](./img/image-20240929162341424.png)
+
+1. MX_USART2_UART_Init：该函数位于main.c，有框架自动生成；用于初始化串口句柄；
+2. HAL_UART_Init：位于 stm32f1xx_hal_uart.c；这是硬件抽象的初始化代码，并不关心具体的硬件，其中调用了HAL_UART_MspInit，用于实现真正的串口初始化功能 ；该文件中有个 HAL_UART_MspInit 函数的 weak定义；
+3. HAL_UART_MspInit：位于 stm32f1xx_hal_msp.c；这里才是真正关于串口的初始化；
+
+因此：stm32f1xx_hal_uart.c 中定义的是操作硬件的接口（类似Java的接口，所有的函数，常量等，编程一般也只需要和该文件打交道）；stm32f1xx_hal_msp.c 是真正的实现，实现具体的硬件层面的操作。这样的设计就可以不改变接口的情况下，适配多个不同硬件。
+
+# 3. 轮询方式的串口通信
+
+## 3.1. 轮询方式的接口函数
+
+### 3.1.1. 串口初始化函数(HAL_UART_Init)
+
+该函数用于串口的初始化。将串口外设句柄中的参数写人对应的寄存器，并调用MCU硬件初始化函数HAL_UART_MspInit()完成时钟、引脚和中断等系统级初始化操作。具体描述如表 9-9所示。
+
+![image-20240929151719021](./img/image-20240929151719021.png)
+
+### 3.1.2. 串口轮询方式发送丽数(HAL UART_Transmit)
+
+该函数用于在轮询方式下发送指定数量的数据。具体描述如表9-10所示
+
+![image-20240929151812868](./img/image-20240929151812868.png)
+
+### 3.1.3. 串口轮询方式接收函数(HAL UART_Receive)
+
+该函数用于在轮询方式下接收指定数量的数据。具体描述如表9-11所示。
+
+![image-20240929151902186](./img/image-20240929151902186.png)
+
+## 3.2. 固定长度的数据收发
+
+1. 开发板串口使用PA2和PA3：
+
+![image-20240929152437856](./img/image-20240929152437856.png)
+
+
+点击任意一个端口：
+
+![image-20240929152348644](./img/image-20240929152348644.png)
+
+知道使用的是串口2
+
+2. 设置串口2的参数：
+
+![image-20240929152813604](./img/image-20240929152813604.png)
+
+问题：
+
+1. Hardware Flow Control 是什么意思？
+2. Over Sampling （过采样）是什么意思？
+
+
+
+3. 代码编写：
+
+```c
+	/* USER CODE BEGIN 2 */
+	uint8_t uartBuf[5];
+	/* USER CODE END 2 */
+
+	/* Infinite loop */
+	/* USER CODE BEGIN WHILE */
+	while (1) {
+		/* USER CODE END WHILE */
+
+		/* USER CODE BEGIN 3 */
+		if (HAL_UART_Receive(&huart2, uartBuf, 5, 100) == HAL_OK) {
+			HAL_UART_Transmit(&huart2, uartBuf, 5, 100);
+		}
+	}
+	/* USER CODE END 3 */
+}
+```
+
+下载程序后，连接TYPE-C到计算机的USB（可能需要安装驱动），然后打开串口通信软件，设置波特率等参数与开发板一致；发送5个字符，会收到开发板的回应（必须是一次性发送5个字符，不能分开发送）。
+
+# 4. 中断方式的串口通信
+
+中断的效率更高。
+
+## 4.1. 中断方式的接口函数
+
+### 4.1.1. 串口中断方式发送函数(HAL_UART_Transmit IT)
+
+该函数用于在中断方式下发送指定数量的数据，具体描述如表9-12所示：
+
+![image-20240929163645757](./img/image-20240929163645757.png)
+
+### 4.1.2. 串口中断方式接收函数(HALUART_Receive_IT)
+
+该函数用于在中断方式下接收指定数量的数据，具体描述如表9-13 所示：
+
+![image-20240929163815598](./img/image-20240929163815598.png)
+
+### 4.1.3. 串口中断通用处理函数(HAL_UART_IRQHandler)
+
+该函数是所有串口中断发生后的通用处理程序。任何一个串口的相关中断(如发送中断或接收中断)发生后，都会通过中断向量表中的串口中断服务程序USARTx_IRQHandler()调用该函数。在函数内部会完成具体的数据收发,最后调用不同的回调函数来完成后续的中断处理任务。具体描述如表 9-14所示：
+
+![image-20240929163945133](./img/image-20240929163945133.png)
+
+### 4.1.4. 串口发送中断回调函数(HAL_UART_TxCpltCallback)
+
+该函数用于处理在中断方式下发送完指定数量数据后的后续任务。任何一个串口发送完指定数量数据后，都会调用发送中断回调函数。因此，在函数内部需要判断是哪一个串口产生的本次发送中断回调，然后再执行具体的中断处理任务。具体描述如表9-15所示：
+
+![image-20240929164054977](./img/image-20240929164054977.png)
+
+### 4.1.5. 串口接收中断回调函数(HAL_UART_RxCpltCallback)
+
+该函数用于处理在中断方式下接收完指定数量数据后的后续任务。任何一个串口接收完指定数量数据后，都会调用接收中断回调函数。因此,在函数内部需要判断是哪一个串口产生的本次接收中断回调，然后再执行具体的中断处理任务。具体描述如表9-16所示：
+
+![image-20240929164202400](./img/image-20240929164202400.png)
+
+### 4.1.6. 串口中断使能函数(__HAL_UART_ENABLE_IT)
+
+该函数用于使能对应的串口中断类型,采用带参数的宏实现(宏函数),具体描述如表 9-17 所示：
+
+![image-20240929164333113](./img/image-20240929164333113.png)
+
+### 4.1.7. 串口中断标志查询函数(__HAL_UART_GET_FLAG）
+
+该函数用于查询对应的串口中断标志是否置位,采用带参数的宏实现(宏函数),具体描述如表 9-18 所示：
+
+![image-20240929164437770](./img/image-20240929164437770.png)
+
+### 4.1.8. 空闲中断标志清除函数( __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG)
+
+该函数用于清除串口的空闲中断标志,采用带参数的宏实现(宏函数),具体描述如表 9-19 所示：
+
+![image-20240929164531359](./img/image-20240929164531359.png)
+
+## 4.2. 任务：使用中断方式实现简单的通信协议（p289）
+
+1. 与查询方式一样的设置串口，需要打开串口的全局中断：
+
+![image-20240929181629409](./img/image-20240929181629409.png)
+
+2. 设置PA6为输出，Label为LED1；PA7为输出，Label为LED2
+3. 完善代码：
+
+```c
+/* USER CODE BEGIN 0 */
+#define LENGTH 4							// 接收帧的长度
+uint8_t RxBuffer[LENGTH];			// 接收缓冲
+volatile uint8_t RxFlag = 0;			// 是否收到数据的标志
+
+const char *MSG1 = "Please enter instruction.";
+const char *MSG2 = "Head->0xAA Device->0x01 Operation->0x00/0x01 Tail->0x55.";
+const char *ERRMSG = "Communication Error! Please try again!";
+
+// 中断回调函数
+void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
+	if (huart->Instance == USART2) {
+		RxFlag = 1;																		// 设置帧标志，主函数处理这个标志
+		HAL_UART_Receive_IT(&huart2, RxBuffer, LENGTH);	// 再次启动中断接收
+	}
+}
+/* USER CODE END 0 */
+```
+
+```c
+int main(void) {
+
+	/* USER CODE BEGIN 1 */
+
+	/* USER CODE END 1 */
+
+	/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
+
+	/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
+	HAL_Init();
+
+	/* USER CODE BEGIN Init */
+
+	/* USER CODE END Init */
+
+	/* Configure the system clock */
+	SystemClock_Config();
+
+	/* USER CODE BEGIN SysInit */
+
+	/* USER CODE END SysInit */
+
+	/* Initialize all configured peripherals */
+	MX_GPIO_Init();
+	MX_USART2_UART_Init();
+	/* USER CODE BEGIN 2 */
+	HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) MSG1, strlen(MSG1), 100);		// 发送提示
+	HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) MSG2, strlen(MSG2), 100);		// 发送提示
+
+	HAL_UART_Receive_IT(&huart2, RxBuffer, LENGTH);					// 启动中断接收
+	/* USER CODE END 2 */
+
+	/* Infinite loop */
+	/* USER CODE BEGIN WHILE */
+	while (1) {
+		/* USER CODE END WHILE */
+
+		/* USER CODE BEGIN 3 */
+		if (RxFlag) {				// 判断帧接收标志
+			RxFlag = 0;			// 清除帧接收标志
+			if (RxBuffer[0] == 0xAA && RxBuffer[3] == 0x55) {	// 判断头尾数据是否合法
+				switch (RxBuffer[1]) {
+				case 1:				// 灯1
+					if (RxBuffer[2])
+						HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin,
+								GPIO_PIN_SET);
+					else
+						HAL_GPIO_WritePin(LED1_GPIO_Port, LED1_Pin,
+								GPIO_PIN_RESET);
+					break;
+				case 2:			// 灯2
+					if (RxBuffer[2])
+						HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin,
+								GPIO_PIN_SET);
+					else
+						HAL_GPIO_WritePin(LED2_GPIO_Port, LED2_Pin,
+								GPIO_PIN_RESET);
+					break;
+				}
+			} else {
+				// 非法格式，返回错误
+				HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) ERRMSG, strlen(ERRMSG),
+						100);
+			}
+		}
+	}
+	/* USER CODE END 3 */
+}
+```
+
+思考：
+
+1. 这个简单的格式解析是通信当中的语法和意义；但是还有些不完善，会存在什么缺陷？
+2. 应该如何解决这些问题？
+
+# 5. DMA方式的串口通信