芯耀
2265
引言：
親愛的工程師朋友和喜愛電子的朋友，大家好，我是火舞青春，也是本期“來實戰(zhàn)”項目《串行數(shù)據(jù)采集儀》的執(zhí)行官。嵌入式軟件這個行業(yè)涉及甚廣，從我們身邊的電視、冰箱、洗衣機，到我們的手機，再到交通、到醫(yī)療、軍事無處不在。在項目的開發(fā)過程中，使用調(diào)試工具是必不可少的。串口簡單靈活的特性常被工程師用作代碼的調(diào)試工具，它的另一個名字叫uart。
說到uart，相信很多工程師都熟透了，掌握一個uart，可以說是已經(jīng)邁進了嵌入式軟件的殿堂，所以uart也常被用作嵌入式入門的必備功課。那既然都熟了，那為什么還拿出來說呢，帶著這樣的一個問題，跟著我一起深入的了解我們的這個項目，一起探討uart背后那些不為人知的故事。
目的意義：
在我們的開發(fā)測試中，uart通常扮演者信息輸出，人機交互和下載程序的功能，有些場景下可能有線的串口不是很方便或者不能實現(xiàn)信息的輸出，比如調(diào)平衡車，有線串口對這種遠距離的調(diào)試顯得有些力不足。有些場景或者我們根本不可以把數(shù)據(jù)直接讀出來，比如車廠，整車的CAN數(shù)據(jù)是汽車的血液，一些ECU的出廠前身體狀況，全靠采集can數(shù)據(jù)來診斷，即使整車有can數(shù)據(jù)的存儲功能，一些測試調(diào)試不一定能很方便的拿到，所以這個無線的數(shù)據(jù)采集儀就能派上用場，這就是我本次項目的主要意義。
內(nèi)容：
本期內(nèi)容可以了解到以下幾個方面：
1、模塊化代碼的設(shè)計思路，開發(fā)思想和獨立模塊開發(fā)模型；
2、uart等串行板級通信的設(shè)計原理及其注意事項；
3、項目中常用的測試方法和測試手段；
4、通信協(xié)議的制定和協(xié)議棧的開發(fā)；
項目簡介：
項目采用雙mcu-STM32F030C8T6和RF24L01無線模塊實現(xiàn)主從設(shè)備的上下行數(shù)據(jù)傳輸，在此基礎(chǔ)上增加與pc的通信和數(shù)據(jù)記錄功能，實現(xiàn)離線數(shù)據(jù)同步功能；
功能指標(biāo)
基礎(chǔ)功能：
1、實現(xiàn)雙mcu數(shù)據(jù)的上下行無線傳輸，波特率為115200；
2、實現(xiàn)主設(shè)備與pc機的通信，并實現(xiàn)uart調(diào)試功能；
擴展功能：
1、can數(shù)據(jù)、spi 、iic的數(shù)據(jù)的采集傳輸；
2、離線存儲功能；
開發(fā)準(zhǔn)備及其環(huán)境
硬件環(huán)境 具備RF24L01模塊接口的STM32開發(fā)板2塊、RF20L01無線模塊2塊；
開發(fā)工具 STM32J-link仿真器、串口TTL轉(zhuǎn)換小板各1；
軟件環(huán)境 KIEL-MDK 、串口助手 ；
開發(fā)計劃（第五期的第1板塊，為期1個月）
節(jié)點1：完成技術(shù)指標(biāo)的確定，開發(fā)板、硬件模塊及其調(diào)試器采購到位，完成軟硬件的架構(gòu)設(shè)計；
節(jié)點2：調(diào)試接口與pc的交互程序的開發(fā)；
1、 初建工程，完成uart1調(diào)試接口程序的開發(fā)；
2、 完成uart2與pc機的交互程序的設(shè)計；
節(jié)點3：定制NRF24L01的傳輸協(xié)議，并完成開發(fā)
1、驅(qū)動的開發(fā)與BSP的開發(fā)；
2、協(xié)議的開發(fā)；
節(jié)點4：整體調(diào)試、測試；
節(jié)點5：編寫項目總結(jié)。
--------會繼續(xù)分享一些uart數(shù)據(jù)傳輸過程中各個步驟和重難點，如溝通交流，請加Q群：315683522
步驟一：項目概述及其環(huán)境的搭建
1、為了盡快上手軟件，硬件系統(tǒng)采用現(xiàn)成模塊， RF24L01模塊接口的STM32開發(fā)板2塊和RF20L01無線模塊2塊，STM32系統(tǒng)板2塊分為主板和從板，從板信息通過24l01無線模塊發(fā)送到主板，主板通過uart與pc交互；硬件部分后續(xù)獨立部分說明分享。
2、軟件方面是重點研究對象，軟件主要分為driver、hal、bsp、service、app五個部分。Driver層是和硬件直接相關(guān)，hal層是隔離層，bsp是驅(qū)動相關(guān)芯片的板級支持層、服務(wù)層主要是一些任務(wù)相關(guān)，App為應(yīng)用層。
第二步驟：軟件設(shè)計-外設(shè)uart
導(dǎo)言
uart外設(shè)是開發(fā)調(diào)試的重要手段，也是板級通信常用的通信方式。
對于耳熟能詳?shù)膗art，你了解多少呢？
它的用法的注意事項和難點又有哪些呢？
本期內(nèi)容讓我?guī)е蠹抑攸c探討一下uart的軟件設(shè)計。
內(nèi)容提要
1、uart的基本概述和STM32中uart驅(qū)動HAL層的配置；
2、調(diào)試打印中，uart的數(shù)據(jù)發(fā)送策略；
3、通信中，uart的策略與架構(gòu)。
軟件實戰(zhàn)
1、外設(shè)與系統(tǒng)
與傳統(tǒng)寫驅(qū)動程序相比，STM32CubeMX代碼生成器讓驅(qū)動變得更簡單、快速，大大提高了開發(fā)效率。
STM32CubeMX不僅支持外設(shè)配置，還支持freeRTOS，不過很可惜，考慮到片子的成本，8KRAM的片子僅能跑2個靜態(tài)的線程，而且從板有集成到項目中的需求，所以從設(shè)備不使用freeRTOS。
從設(shè)備主頻48MHZ，uart外設(shè)需要對GPIO/NVIC/DMA/UART進行配置,主設(shè)備還需要配置freeRTOS。
2、調(diào)試神器-uart
不管哪個項目，printf的輸出是必不可少的！
實現(xiàn)的關(guān)鍵點是數(shù)據(jù)通過printf函數(shù)收集到debug_pool后如何發(fā)送。
下面內(nèi)容圍繞這個問題展開討論。
無os的情況下，若是需要實時性要求較高的情況下，發(fā)送需要直接調(diào)用uart驅(qū)動發(fā)送接口拋出，這種方式，效率低，cpu占用高。
一般情況下是要開一片空間，當(dāng)數(shù)據(jù)收集滿后通過DMA送到uart硬件然后發(fā)出去。不過這種方式是需要一個Task，周期的拋數(shù)據(jù)。
有os的系統(tǒng)，這里需要加消息隊列或者內(nèi)存池，還需要一個獨立的線程進行處理。
比較復(fù)雜，這里不展開討論。
對上圖思想進行解釋：
1、接收部分首先考慮如何接收數(shù)據(jù)，是采用run_buf的形式還是一個字節(jié)中斷的方式；
2、數(shù)據(jù)接收后，要思考幀識別，確定一幀數(shù)據(jù)后進入CRC校驗；
3、校驗通過后再進行協(xié)議的解析和處理；
5、數(shù)據(jù)發(fā)送部分先對數(shù)據(jù)進行打包。記住多線程的處理要對數(shù)據(jù)進行保護，防止tx_buf里的數(shù)據(jù)被刷寫；
6、通過打包后的數(shù)據(jù)要CRC加碼校驗，然后再發(fā)出去；
值得注意的是，要將這些公共的CRC和收發(fā)任務(wù)單獨提出來，與協(xié)議相關(guān)的內(nèi)容獨立出來，這樣協(xié)議層的變得不會引起程序大的改動；
--------后續(xù)會繼續(xù)分享一些SPI和NRF2401數(shù)據(jù)傳輸各個步驟和重難點。
如溝通交流，請加Q群：315683522
第三步驟：調(diào)試接口與pc的交互程序的開發(fā)
引言：
相信很多工程師們都曉得：調(diào)試串口不僅扮演打印信息的角色，還得有配置設(shè)備、設(shè)備參數(shù)輸入等功能.
如果開發(fā)window上位機界軟件是成本上和時間上都不劃算；
要是在Linux這種跨平臺下還得開發(fā)一套軟件.
所以做一個類似Linux命令這樣的串口軟件就顯得很有必要！
直接用像SecureCRT這類軟件連接串口即可調(diào)試，與設(shè)備進行交互，把這個軟件命名為mshel。
另外，直接與pc進行這樣的數(shù)據(jù)流存在亂碼和丟數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，這里使用了為二者制定的私有協(xié)議。
本期內(nèi)容：
1、mshell的原理與結(jié)構(gòu)；
2、pc交互的通信協(xié)議；
軟件實戰(zhàn)：
一、mshell的設(shè)計原理和思路；
mshell是設(shè)備開發(fā)人員與設(shè)備進行配置管理的交互接口，主要功能如下：
1）設(shè)備log打印顯示功能；
2）可對設(shè)備進行配置和控制；
3）具有Linux的終端控制臺類似的功能，可以顯示功能菜單和參數(shù)輸入等功能，給出功能菜單示例；
?SecureCRT軟件的串口數(shù)據(jù)交互特點：
1）對與窗口輸入的字母和數(shù)字，是以ASCII的形式通過串口下發(fā)到設(shè)備；
2）窗口輸入一個字符，串口會下發(fā)一個字符，回車、退格和空格都是一個字節(jié)，左右上下鍵是2字節(jié)；
3）軟件接收到字符后回顯到窗口，回車0x0D回顯沒有反應(yīng)，rn行跳轉(zhuǎn)；
4）給出用到的一些雙字節(jié)按鍵：
KEY_UP = 0x5B410000, KEY_DOWN = 0x5B420000,
KEY_LEFT = 0x5B440000, KEY_RIGHT = 0x5B430000,
根據(jù)以上特點，實現(xiàn)mshell進行需要回顯功能，就是收到啥發(fā)啥，提示程序員設(shè)備收到所下發(fā)的字符。需要對收到的字符進行存儲和解析，需要設(shè)計命令解析器。命令解析器處理完指令及其數(shù)據(jù)后，交給執(zhí)行單元。執(zhí)行單元的設(shè)計包括一級指令執(zhí)行，即選擇功能模塊，比如uart相關(guān)指令，之后進入到子模塊處理程序。
核心模塊的功能如下：
1）echo回顯模塊是將pc發(fā)來的字符實時的發(fā)回到pc的終端，提示輸入有效；
2）cmd_analysis命令解析器是將收到的字符進行處理，要知道輸入?yún)?shù)的個數(shù)，指令以及數(shù)據(jù)；
3）cmd_dispatch命令調(diào)度器是對注冊的命令塊進行回調(diào)處理；
1）物理層主要是硬件線路數(shù)據(jù)，軟件驅(qū)動的收發(fā)；采用標(biāo)準(zhǔn)3線制 Uart 物理接口、波特率待定、 8個數(shù)據(jù)位，無校驗，1個停止位。
2）數(shù)據(jù)鏈路層是對接收一包數(shù)據(jù)的完整性已經(jīng)正確的保證，這里使用crc校驗；
3）傳輸層是實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的順序傳輸，和穩(wěn)定性，具體的協(xié)議幀定義如下：
應(yīng)答幀在應(yīng)用層payload中進行，counter計數(shù)避免幀重復(fù)，對于協(xié)議的實現(xiàn)，僅mcu部分，上位機部分使用Linux，將數(shù)據(jù)存到文件中即可。
第四步驟：無線通信模塊的協(xié)議
第五步驟：整體調(diào)試、測試（更新中......敬請期待）
第六步驟：編寫項目總結(jié)（更新中......敬請期待）
版權(quán)聲明：本文內(nèi)容為電路城原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載，侵權(quán)必究！
