1.从 GPIO 到 UART

前面几节我们讲了MCU如何启动，如何用翻转IO引脚，以及用按键去触发中断。接下来我们介绍的也是最常用的一个模块，串口(UART)。
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5 C( u* z! s. u+ }串口可以说是最古老，而且生命力最强的一种通信接口了。RS485总线更是久经考验。虽然串口早已经从大多数PC的标配中去掉了，但是嵌入式系统跟上位PC机通信用的最多的应该还是通过串口转USB吧。
! ~7 F( p, Y* Z5 `& z+ n
; Z! a8 S8 Z+ A4 `. w我们用 Keil 打开下面这个工程：
' J; v+ {$ X* M0 M5 @. K
  G1 K& k8 d/ m3 E  v- m9 vSTM32Cube_FW_F0_V1.11.0\Projects\STM32F030R8-Nucleo\Examples\UART\UART_TwoBoards_ComPolling\MDK-ARM\Project.uvprojx

这个代码配置串口为 9600，8 N 1，我们把代码编译下载后，可以通过 UART to USB 转换器连接到 PC 的 USB 口，在PC端用串口观察MCU发送的数据。
5 F! C% Y, H" Z0 ]5 d1 w. M' _
  t" A0 i8 H  s$ @2 G: j; U

) P( a3 q4 [* o/ I! J7 L, P

; p: _' r& D5 g: `6 [
- s5 ~1 S; q$ _8 W2.UART 的初始化

) M: x" d8 Q$ ~0 H& Z) a; E我们看一下代码，串口参数的设置是在主程序里完成的，还有一部分是在stm32f0xx_hal_msp.c 里完成的。为什么要这么费事儿，而不把初始化代码全放在一个主程序里完成呢？

我们要慢慢体会这样做带来的好处。我们调用一个驱动时，这个驱动难免会跟底层硬件打交道，比如串口驱动，它最终是利用用户选择的某一个串口模块，和与此模块连接的收发引脚进行数据收发的。
( Q! H) b+ R' E" K" O$ J6 H$ k
HAL(Hardware Abstract Layer) 把跟具体硬件细节相关的代码单独剥离了出来，并在Cube库中引入了 MSP(MCU Support Package) 的概念, 具体的硬件细节交给用户在这里面配置。

5 w. n/ b2 u. mHAL库里面对应每个硬件模块有两个函数 例如：
+ g8 P' z3 D- ^+ b$ i
HAL_UART_Init( )  功能上的描述：设置收发模式、奇偶校验位、停止位数等等(与芯片无关)。

HAL_UART_MspInit( )  硬件的描述: IO初始化，不同芯片，不同引脚设置不同。

, |. ^4 f5 ~  j

回到程序，我们要使用串口时要调用驱动层的初始化函数 HAL_UART_Init( )，这个初始化函数回过头来调用了 HAL_UART_MspInit( ) 这个函数来完成 UART 时钟和收发引脚时钟的使能，以及收发引脚的配置。之后初始化函数继续进行 UART 端口的参数配置。
6 A, B2 G% Y9 p$ y) q
8 O; Y- v# J0 m2 ?' Q+ T9 ?0 [这样做的一个好处就是使驱动层的初始化函数与硬件无关。一般我们做好一块板子后，所用的串口和引脚也就固定下来了，在 HAL_UART_MspInit( ) 里配置一次就好了，之后不需要频繁的改变这些代码。

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9 D2 i- U8 D6 W4 c6 j/ E

, }# H& M, D4 U# w

. b& M  x. {' m! w$ U7 i

9 t3 c# Z+ A/ I" O9 c6 A( `3.熟悉 Handle
, R: j2 }* V) p+ f5 w
跟 GPIO 的初始化有所不同，在UART这个模块引入了 Handle 这一概念。在看 Handle 之前我们先熟悉一下在驱动里经常用到的结构体及其指针的用法：

  h) O; x/ D0 j% [" X2 A7 j

6 S7 X: J3 m. O# a# W5 y typedef struct __MY_TypeDef
) I6 N. K. O# p" r
* C) l) [$ s& }7 t; R+ L{
; N1 r% k+ @) Z  X- S- y/ S6 m    uint8_t    Var1;
) ?4 g" ?' T: G! N% r" U' v
    uint8_t    Var2;
" o- u* [7 d0 C$ f! q8 w
    uint16_t   Var3;
! ^' T& z3 X9 O7 S) H
7 ~1 X3 V6 Z8 n    uint8_t*   Var4;

}MY_TypeDef;
$ J) O$ g7 M& f& f( F" ?0 G
MY_TypeDef* MY_VAR;
" h3 M- ^# L1 g; ]
. H& ^7 a. w3 E- DMY_VAR 是一个 MY_TypeDef 类型的指针，我们看看把它指向不同的地址时会发生什么？

2 k( ]  F2 ^7 @- nMY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x20000018;
0 ?% C6 b; Q. f
, b- Y4 T. x$ e' s  Z% j! c0 U

: a& H  r) }, _: k/ p3 k8 `
需要注意 MY_VAR->Var4 是个字节型指针变量，这个变量本身占用4个字节，它的值是 0x20000018, 而
5 |* _  r  X; X" \1 U) \
* MY_VAR->Var4 的值是 0x02。

" O+ y" v# k  b把 MY_VAR 指向另一个地址：
  O9 v5 i+ x5 O4 n# }. H) A
0 t" E0 ?# E; AMY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x2000001C;

+ n1 t  k9 |- A3 }, O9 G与此类似，对于串口模块，驱动定义了一个结构体类型 UART_HandleTypeDef，我们可以用这个类型定义多个结构体，并通过把串口模块寄存器区的起始地址付给一个结构体,使该结构体和串口之间建立起联系：
' [  P. L+ h3 p6 c* ^! \. P( ], E+ g+ m

( p# q6 e- a# I5 J4 U2 u
我们运行的当前程序操作串口的方式为查询(polling)方式，结构体中和DMA，中断方式相关的内容可以先忽略，只需要关注结构体中下面这些成员即可：
+ ~$ }  C% m4 N, J# ]
USART_TypeDef  *Instance;

( I, O: q/ `; w( U$ \USART_TypeDef 类型的指针，需要指向欲操作的串口寄存器区起始地址。以把此 Handle 和该串口建立起联系。
: d& Z) k0 `/ K2 s! Q1 K# X& a) q
UART_InitTypeDef   Init;

, z0 ^4 v7 U! W在调用初始化函数前，需要把初始化参数如 波特率，是否奇偶校验等写入此结构体。

UART_AdvFeatureInitTypeDef  AdvancedInit;
, I: z: T  L3 t# }$ X1 i( ^
( z, p. z5 `0 s6 |* \7 k/ U串口扩展功能初始化参数。当前未用到扩展功能。

& `* @  Y  K* r7 W2 r- B9 w使用 Handle 的好处是，我们操作某个模块时，把这个模块对应的 Handle 的首地址传给驱动函数就行了。此函数通过 Handle 就可以找到所有需要的东西。如：
; {8 B- U- y+ k+ O5 Y4 J
7 d7 a% w7 N9 ?HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t*)aTxBuffer, TXBUFFERSIZE, 5000);

&UartHandle 为 UART1 对应的 Handle 的首地址。
% E6 E1 ?6 N2 |" s) J
1 H; o9 w2 F# w& I' V$ _  ~) vHandle 除了保存自己对应模块的参数信息，还保存缓冲数据，以及当前工作状态。它可以保证各模块之间互不干扰，在代码执行过程中被打断，恢复后又可以正确继续执行。这样也便于把驱动集成到操作系统中。在以后的中断方式和 DMA 操作模式中，我们可以更深刻的体会到这种方法的优点。在理解了串口模块的工作方式后，理解其它模块就非常容易了。

需要提到的是，在M0芯片内，有一些共享的或系统级的硬件模块不使用 Handle 的方式来处理：
$ V5 J, \/ W5 h  d# B# q
% {1 Q4 s4 Y, z. @GPIO
' ^/ n2 Z. k& |5 _7 e! @
SYSTICK
- W8 E5 p4 u" T2 c
0 i/ }. G+ S2 V" n: {NVIC

0 d/ r0 R! E0 ]& YPWR

& Y" M2 X& h8 k* V" u) R) IRCC
* i, r5 c, `6 Q
* m  i  C" R  m) [FLASH.

& I+ Y/ i: ]! O, r' l
, N; }- J( V2 t, D" E: U