Ubuntu下开发STM32---5.使用串口Part1 - STM32团队 ST意法半导体中文论坛

Ubuntu下开发STM32---5.使用串口Part1 精华

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qianfan 发布时间：2015-10-28 21:36

技术帖
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本帖最后由 QianFan 于 2015-10-29 15:30 编辑

  可能觉得使用串口很简单，无非就是初始化GPIO，初始化串口。接着发送---检测是否成功。表面上看来是很简单的问题。然而，我要说的并不是这些。我要说的是volatile和中断向量表的问题。在其中配合一点gdb调试。

使用ringbuffer
这里的串口使用非缓冲发送，ringbuffer中断缓冲接收的方式。先来看看ringbuffer。ringbuffer是一个特殊的队列，FIFO。
struct ringbuffer
{
uint8_t *bf;
int len;

int count;
int putidx; /* read index and put index */
int getidx;
};
struct ringbuffer对一个数组中的数据进行管理。数组的字节个数是len。更加详细的细节请大家尽情Google。写了一个宏，用来声明一个ringbuffer用来管理内存，准确的说叫做定义更好一些。
#define DECLARE_RB(name,len) \
uint8_t name##_buff[len]; \
struct ringbuffer name = { \
      name##_buff,len,0,0,0 }
提供的接口函数：
#define rbcount(prb) ((prb)->count)
#define rbfull(prb) ( (prb)->count==(rb)->len )
#define rbempty(prb) ( (prb)->count==0 )

/* if ringbuffer is full,return 0.else return 1 */
int rbput(struct ringbuffer *prb,uint8_t add);
/* if ringbuffer is empty,return -1.else return bf[tail] */
int rbget(struct ringbuffer *prb);

rbput是往ringbuffer中添加一个数据。rbget是从ringbuffer中读取一个数据。相关的源代码：
#include "ringbuffer.h"

int rbput(struct ringbuffer *rb,uint8_t add)
{
int curidx=rb->putidx;
if(rbfull(rb)) return 0;
rb->bf[curidx]=add;
rb->putidx=(curidx+1)%rb->len;
rb->count++;
return 1;
}

int rbget(struct ringbuffer *rb)
{
int result;
int curidx=rb->getidx;
if(rbempty(rb)) return -1;
result=rb->bf[curidx];
rb->getidx=(curidx+1)%rb->len;
rb->count--;
return result;
}

串口中断+ringbuffer
在串口的初始化的时候，打开串口中断以及RXNE中断。在中断代码中将接受到的字符rbput到ringbuffer中。
/* USART interrupt handler */
USART_Handler()
{
if(USART_GetITStatus(USART,USART_IT_RXNE)==SET){
      rbput(&rb_usart,USART_ReceiveData(USART));
}
}
编写__io_getchar() __io_putchar()函数。用于发送和读取一个数据。
DECLARE_RB(rb_usart,USART_RD_BUF_LEN);

int __io_putchar(int ch)
{
while(USART_GetFlagStatus(USART,USART_FLAG_TXE)!=SET);
USART_SendData(USART,ch);
return ch;
}

int __io_getchar(void)
{
signed char ch;
while(rb_usart.count==0) continue;
ch=rbget(&rb_usart);
switch(ch)
{
      case '\r':ch='\n';break;
      case 0x1b:ch=' ';break;
      default: break;
}

/* echo it */
return __io_putchar(ch);
}
当在使用minicom发送特殊的按键，比如Up,Down,Left,Right按键的时候，会发送以0x18开始的三个或者若干字符。对于这些，我们只显示0x18之后的字符。
由于使用minicom，putty一类的串口，发送的数据并不能回显。因此，要想有回显，只能在读取的时候进行回显。在中断中回显并不是一个好的方法，会占用一定的中断时间。因此我将回显放在__io_getchar函数中。

在主函数中一直读取字符
我们的主函数中什么也不做，一直在读取字符。由于读取的时候会有回显，所以不论我们按下什么按键，都会实时回显。
int main(void)
{
const char *str="Try to enter something...\n";

const char *tmp=str;
for(;*tmp!='\0';tmp++)
      __io_putchar(*tmp);

while(1) __io_getchar();
}

void _exit(int status)
{
const char *exit_str="GoodBye!\n";
const char *tmp=exit_str;
for(;*tmp!='\0';tmp++)
      __io_putchar(*tmp);

for(;;) continue;
}

下载到FLASH中运行
目前所有的代码都在serial_v1.zip中，大家可以自行下载测试。
试着使用make all，make burn将代码下载至FLASH中。发现Try to enter something...这几个字符确实能够输出，但是不管我们按下什么按键都不能回显。暂时先不要使用make sram, make burns .
不管什么原因，至少能够显示也是好的。

使用gdb调试代码
新建一个控制台窗口，输入sudo st-util。连接st-link与stm32。st-util会监听4242端口。使用这个端口可以与arm-none-eabi-gdb进行通信。
2015-10-28 21:47:50å±å¹æªå¾.png

在当前目录下启动控制台窗口，输入arm-none-eabi-gdb blink.elf。由于使用了上一个例子的Makefile,所以文件名字blink.elf并没有更改。
在gdb串口使用tar连接远程终端。如下图所示：
2015-10-28 21:03:36å±å¹æªå¾.png

tar连接完毕之后，使用load命令将代码下载至单片机内。

至于没有回显字符，我首先想到的原因是串口RXNE中断没有进去。我可以在串口中断里面设置一个断点。当进入串口中断的时候自动停止。设置断点需要使用break命令+行号。为了查看usart.c的内容，可以使用list命令。list命令（可以简写成l，小写的L，不是数字1）有几种形式。

list function_name 用于显示一个函数附近的代码。如list main.
list file_name.c:line_number 用于显示一个源文件的第line_number行。
list 在只输入list的情况下，可以从当前代码的位置继续往下显示代码。
u6 Y, |* \4 B6 k

使用list usart.c:1显示usart.c文件的代码。继续输入list显示其他代码。找到串口中断的代码。
2015-10-28 21:11:53å±å¹æªå¾.png

在第33行，也就是进入RXNE中断处设置一个断点。如果想查看所有已经设置的断点，可以使用info break查看。想删除断点，先使用info break查看对应断点的序号，在使用delete删除即可。

2015-10-28 21:15:25å±å¹æªå¾.png

在设置完断点之后，可以输入continue（或者c）。继续运行。直到遇到断点停止。
2015-10-28 21:16:33å±å¹æªå¾.png

在continue之后，可以看见确实通过串口把数据输出了。这时候，可以试着在minicom中输入一个字符。我随便点了一个c。这时候，可以看到gdb中停在了中断的位置。
2015-10-28 21:18:21å±å¹æªå¾.png

在试着随便输入几个字符。（没输入一个字符需要在gdb中输入continue。）
当gdb停在断点处的时候，使用print输出一下结构体rb_usart中的值。（或者使用print rb_usart.count查看结构体中的任意值）

2015-10-28 21:22:46å±å¹æªå¾.png

我们的rb_usart结构体中确实存放了数值。但为什么不能读取呢？可以在gdb中按下Ctrl+c结束程序运行，使用frame查看当前程序死在什么地方。
2015-10-28 21:26:09å±å¹æªå¾.png

使用frame之后，发现程序死在rb_usart.count==0这句。可是我们使用gdb查看，rb_usart.count明明是2，为什么这一句还过不去呢？初步感觉是volatile的事情。由于我们编译命令开启了-Os，使用了优化，可能这个rb_usart.count被优化到寄存器中去了。而while判断的时候，并没有实际读取内存，而是直接从寄存器中读取。所以造成数据不同步的原因。

如果想退出gdb的时候，先按下Ctrl+c，让程序停止运行。在输入q，并按y就能够退出了。

bug1
如果只是volatile的原因的话，那么改正很简单。只要在相关变量中添加volatile就行了。
重新make all，make burn测试。
2015-10-28 21:32:23å±å¹æªå¾.png

问题已经成功解决。更正之后的代码在serial_v2.zip

bug2
bug描述请参考下面回复的置顶贴。关于ringbuffer无锁的实现请参考：http://www.cnblogs.com/l00l/p/4115001.html 网址。
一开始接触到ringbuffer的时候，是阅读Arduino源代码中Hardwareserial的实现。他最开始并没有将ringbuffer单独抽象出来。代码比较难阅读。后来，Arduino sam的源代码将ringbuffer抽象成一个类。
在阅读完相关ringbuffer的代码之后，感觉ringbuffer如果只使用两个变量readidx,putidx来记录指针的变化，判断空和满的时候就会变得复杂。像这样：
#define rbfull(prb) ( ((prb)->putidx+1)%(prb)->len == (prb)->getidx )
#define rbempty(prb) ( (prb)->getidx == (prb)->putidx )
我很大意的给ringbuffer添加了一个count变量，用来记录存储的数据。但是这样的一个变量也破坏了ringbuffer的无锁结构。
更新之后的两个实现代码：
int rbput(struct ringbuffer *rb,uint8_t add)
{
if(rbfull(rb)) return 0;
rb->bf[rb->putidx]=add;
rb->putidx=(rb->putidx+1)%rb->len;
return 1;
}

int rbget(struct ringbuffer *rb)
{
int result;
if(rbempty(rb)) return -1;
result=rb->bf[rb->getidx];
rb->getidx=(rb->getidx+1)%rb->len;
return result;
}
由于去掉了count这个变量，在__io_getchar的时候，就不能使用count元素进行判断了。可以使用rbempty这个方法来判断。
int __io_getchar(void)
{
signed char ch;
while(rbempty(&rb_usart)) continue;
ch=rbget(&rb_usart);
switch(ch)
{
      case '\r':ch='\n';break;
      case 0x1b:ch=' ';break;
      default: break;
}

/* echo it */
return __io_putchar(ch);
}
更新之后的代码在附件serial_v3.zip中。

更多
在下一节的时候，我们将来解决在SRAM中运行，使用中断的问题。

serial _v1.zip

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serial _v2.zip

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serial _v3.zip

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赞收藏 3 评论20 发布时间：2015-10-28 21:36

20个回答

Mandelbrot_Set 最优答案回答时间：2015-10-29 09:08:51

感觉楼主的 rb->count 可能不是安全的.
考虑:
rb->count--执行到一半,
此时进入中断rbput里rb->count++
可能会导致rb->count计算不对

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qianfan 回答时间：2015-10-29 13:45:32

Mandelbrot_Set 发表于 2015-10-29 09:082 V6 O8 v% i" G, Q6 Z" N2 }
感觉楼主的 rb->count 可能不是安全的.
. X, _ J* x3 t p考虑:
# g9 O* v7 G* T; M6 t( r# J' rrb->count--执行到一半,

确实是这样的。之前阅读Arduino的源代码的时候，发现如果只使用head,tail两个变量，在判断空或者满的时候稍微有点麻烦。我索性就加上了一个count。这样实现比较简单。没想到把ringbuffer无锁编程的特性给意外的去掉了。
还需要改改。

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