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)。

( u$ W8 I, V3 R- t/ g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。

我们用 Keil 打开下面这个工程：
: i  k' A& e9 a) N) w
STM32Cube_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。
1 N2 u# u% Y- O- g

) E" V/ J9 `) K8 o1 X+ o" u
! Z# c- i. Z& d2 d, {2 S2.UART 的初始化
" h2 Q  B0 z4 c5 x6 Z* g% 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？
1 V& U8 J8 I% B( E# |
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。
; K2 ~6 z( [; [) {/ l
7 Z- z" J0 Q6 f- GHAL(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。
  L8 h! e% F" _; F$ L9 R2 B: {/ R
HAL库里面对应每个硬件模块有两个函数 例如：

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)。
$ `! w* J) T9 O9 s  n: |- N
, M% F: P, H2 m  y# tHAL_UART_MspInit( )  硬件的描述: IO初始化，不同芯片，不同引脚设置不同。
' N# S& u" c3 U" r
6 k5 B( I5 A4 h( X$ ~$ t

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。

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。
0 }% x7 u8 ]8 c  I
+ B# w$ {( }9 ?" ~

0 O1 g( |4 d- }. }, e
7 j' @! S% a& s! u  y" k

1 j! p, i$ K8 j% {! h! N& b3 R3.熟悉 Handle

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：

typedef struct __MY_TypeDef
' e! G$ H1 i/ W4 Q# c9 x% c
{
    uint8_t    Var1;

    uint8_t    Var2;

    uint16_t   Var3;

    uint8_t*   Var4;
9 d7 X0 K) _+ ~5 H/ V8 u
}MY_TypeDef;

/ `+ J1 a. A6 v. `. d1 gMY_TypeDef* MY_VAR;

MY_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？

MY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x20000018;

7 s7 H7 }1 S0 X1 a- u* d0 U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

* MY_VAR->Var4 的值是 0x02。
9 t& W7 I: w2 N
4 t# h% K- y. z/ s4 g把 MY_VAR 指向另一个地址：
. c: D8 c6 D0 s5 h. R
MY_VAR = (MY_TypeDef*) 0x2000001C;
$ b$ |( i/ W& O4 n4 j2 s. P4 b
! H6 o9 v& J" Q! {. N% N

  e6 O- J7 M" u' |7 [$ H3 ~- {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：
6 G0 U( i0 V9 {5 ]6 J

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：

( U' w0 Z/ q9 P5 a/ W8 XUSART_TypeDef  *Instance;

5 [' S6 O) @: A' f  l6 X- R  U6 O8 j, jUSART_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。

3 L; O1 M  s. `( W, j8 UUART_InitTypeDef   Init;
9 [1 d/ ]1 N- V% n  P5 x; I( V
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。
: u' }$ u: H1 @/ F/ D& B
UART_AdvFeatureInitTypeDef  AdvancedInit;
2 a1 i6 o) z2 f$ Y+ X' y
, q3 k: a% z8 e: Q  @$ n  a, f串口扩展功能初始化参数。当前未用到扩展功能。

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：

7 P: ^+ g1 `" e% L2 V5 ?HAL_UART_Transmit(&UartHandle, (uint8_t*)aTxBuffer, TXBUFFERSIZE, 5000);

* f& S) _/ x1 }$ L1 ?$ W. x% N&UartHandle 为 UART1 对应的 Handle 的首地址。
6 h0 d( c( C, g8 U2 X! G9 j& c
Handle 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。

& O2 [5 x" N; s/ f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：
, }. L; f# j% C4 \# z
6 o5 U- z! G. H7 \) `$ fGPIO

SYSTICK
- |, V  ~# E8 b. e% Z# r% h
NVIC
9 ~  i& D' X/ p4 E4 F+ k0 e) c4 [* z
$ l& d( l& B- j$ ~5 oPWR

& V  s- M9 O4 g; ORCC

: ~/ Q8 G/ J/ J& o1 L# D: T5 q) wFLASH.
) S' c* X, ?4 z+ I6 M- m& j' x
' i9 y5 [2 G) B7 c8 E) |- w7 K* s( u
  q4 T% M6 A5 e* P