嵌入式UART串口调试与嵌入式串口调试连接概述：调试接口与pc的交互程序的开发

嵌入式软件开发在项目的开发过程中，使用调试工具是必不可少的。

串口简单灵活的特性常被工程师用作代码的调试工具，它的另一个名字叫uart。

说到uart，相信很多工程师都熟透了，掌握一个uart，可以说是已经迈进了嵌入式软件的殿堂，所以uart也常被用作嵌入式入门的必备功课。

那既然都熟了，那为什么还拿出来说呢，带着这样的一个问题，跟着我一起深入的了解我们的这个项目，一起探讨uart背后那些不为人知的故事。

目的意义在我们的开发测试中，uart通常扮演者信息输出，人机交互和下载程序的功能，有些场景下可能有线的串口不是很方便或者不能实现信息的输出，比如调平衡车，有线串口对这种远距离的调试显得有些力不足。有些场景或者我们根本不可以把数据直接读出来，比如车厂，整车的CAN数据是汽车的血液，一些ECU的出厂前身体状况，全靠采集can数据来诊断，即使整车有can数据的存储功能，一些测试调试不一定能很方便的拿到，所以这个无线的数据采集仪就能派上用场，这就是我本次项目的主要意义。

 本期内容可以了解到以下几个方面：

  1、模块化代码的设计思路，开发思想和独立模块开发模型；
2、uart等串行板级通信的设计原理及其注意事项；
3、项目中常用的测试方法和测试手段；
4、通信协议的制定和协议栈的开发；  

 项目简介：项目采用双mcu-STM32F030C8T6和RF24L01无线模块实现主从设备的上下行数据传输，在此基础上增加与pc的通信和数据记录功能，实现离线数据同步功能；  基础功能：

实现双mcu数据的上下行无线传输，波特率为115200；

实现主设备与pc机的通信，并实现uart调试功能；

扩展功能：1、can数据、spi 、iic的数据的采集传输； 2、离线存储功能；  开发准备及其环境硬件环境：具备RF24L01模块接口的STM32开发板2块、RF20L01无线模块2块；开发工具：STM32J-link仿真器、串口TTL转换小板各1；软件环境 ：KIEL-MDK 、串口助手 ；  开发计划节点1：完成技术指标的确定，开发板、硬件模块及其调试器采购到位，完成软硬件的架构设计；  节点2：调试接口与pc的交互程序的开发；

初建工程，完成uart1调试接口程序的开发；

完成uart2与pc机的交互程序的设计；

节点3：定制NRF24L01的传输协议，并完成开发

驱动的开发与BSP的开发；

协议的开发；

节点4：整体调试、测试；  节点5：编写项目总结。  

 

 

项目设计

Part 01

项目概述及其环境的搭建

 项目简介：  项目采用双mcu-STM32F030C8T6和RF24L01无线模块实现主从设备的上下行数据传输，在此基础上增加与pc的通信和数据记录功能，实现离线数据同步功能；功能指标  基础功能：  1、为了尽快上手软件，硬件系统采用现成模块， RF24L01模块接口的STM32开发板2块和RF20L01无线模块2块，STM32系统板2块分为主板和从板，从板信息通过24l01无线模块发送到主板，主板通过uart与pc交互；硬件部分后续独立部分说明分享。  

 

  2、软件方面是重点研究对象，软件主要分为driver、hal、bsp、service、app五个部分。Driver层是和硬件直接相关，hal层是隔离层，bsp是驱动相关芯片的板级支持层、服务层主要是一些任务相关，App为应用层。  

 扩展功能：1、can数据、spi 、iic的数据的采集传输； 2、离线存储功能；  开发准备及其环境：1、硬件环境 ：具备RF24L01模块接口的STM32开发板2块、RF20L01无线模块2块； 2、开发工具 ：STM32J-link仿真器、串口TTL转换小板各1； 3、软件环境 KIEL-MDK 、串口助手 ；  

Part 02

软件设计-外设uart

导言uart外设是开发调试的重要手段，也是板级通信常用的通信方式。   对于耳熟能详的uart，你了解多少呢？   它的用法的注意事项和难点又有哪些呢？   本期内容让我带着大家重点探讨一下uart的软件设计。  内容提要1、uart的基本概述和STM32中uart驱动HAL层的配置； 2、调试打印中，uart的数据发送策略； 3、通信中，uart的策略与架构。  软件实战1、外设与系统  与传统写驱动程序相比，STM32CubeMX代码生成器让驱动变得更简单、快速，大大提高了开发效率。   STM32CubeMX不仅支持外设配置，还支持freeRTOS，不过很可惜，考虑到片子的成本，8KRAM的片子仅能跑2个静态的线程，而且从板有集成到项目中的需求，所以从设备不使用freeRTOS。   从设备主频48MHZ，uart外设需要对GPIO/NVIC/DMA/UART进行配置,主设备还需要配置freeRTOS。  

 2、调试神器-uart不管哪个项目，printf的输出是必不可少的！   实现的关键点是数据通过printf函数收集到debug_pool后如何发送。   下面内容围绕这个问题展开讨论。   无os的情况下，若是需要实时性要求较高的情况下，发送需要直接调用uart驱动发送接口抛出，这种方式，效率低，cpu占用高。   一般情况下是要开一片空间，当数据收集满后通过DMA送到uart硬件然后发出去。不过这种方式是需要一个Task，周期的抛数据。  

  有os的系统，这里需要加消息队列或者内存池，还需要一个独立的线程进行处理。   比较复杂，这里不展开讨论。  

 对上图思想进行解释：1、接收部分首先考虑如何接收数据，是采用run_buf的形式还是一个字节中断的方式；
2、数据接收后，要思考帧识别，确定一帧数据后进入CRC校验；
3、校验通过后再进行协议的解析和处理；
5、数据发送部分先对数据进行打包。记住多线程的处理要对数据进行保护，防止tx_buf里的数据被刷写；
6、通过打包后的数据要CRC加码校验，然后再发出去；  值得注意的是：要将这些公共的CRC和收发任务单独提出来，与协议相关的内容独立出来，这样协议层的变得不会引起程序大的改动；  本次更新内容如下：

Part 03

软件设计-外设uart

引言：相信很多工程师们都晓得： 调试串口不仅扮演打印信息的角色，还得有配置设备、设备参数输入等功能. 如果开发window上位机界软件是成本上和时间上都不划算； 要是在Linux这种跨平台下还得开发一套软件. 所以做一个类似Linux命令这样的串口软件就显得很有必要！   直接用像SecureCRT这类软件连接串口即可调试，与设备进行交互，把这个软件命名为mshel。   另外，直接与pc进行这样的数据流存在乱码和丢数据的现象，这里使用了为二者制定的私有协议。  本期内容：1、mshell的原理与结构； 2、pc交互的通信协议；  软件实战：mshell的设计原理和思路:mshell是设备开发人员与设备进行配置管理的交互接口，主要功能如下： 1）设备log打印显示功能；
2）可对设备进行配置和控制；
3）具有Linux的终端控制台类似的功能，可以显示功能菜单和参数输入等功能，给出功能菜单示例；  

 SecureCRT软件的串口数据交互特点：

1）对与窗口输入的字母和数字，是以ASCII的形式通过串口下发到设备；

2）窗口输入一个字符，串口会下发一个字符，回车、退格和空格都是一个字节，左右上下键是2字节；

3）软件接收到字符后回显到窗口，回车0x0D回显没有反应， 行跳转；

4）给出用到的一些双字节按键：

KEY_UP = 0x5B410000, 

KEY_DOWN = 0x5B420000,

KEY_LEFT = 0x5B440000, 

KEY_RIGHT = 0x5B430000,

根据以上特点可知，实现mshell进行需要回显功能，就是收到啥发啥，提示程序员设备收到所下发的字符。   需要对收到的字符进行存储和解析，需要设计命令解析器。   命令解析器处理完指令及其数据后，交给执行单元。   执行单元的设计包括一级指令执行，即选择功能模块，比如uart相关指令，之后进入到子模块处理程序。  

 核心模块的功能如下：  1）echo回显模块是将pc发来的字符实时的发回到pc的终端，提示输入有效；
2）cmd_analysis命令解析器是将收到的字符进行处理，要知道输入参数的个数，指令以及数据；
3）cmd_dispatch命令调度器是对注册的命令块进行回调处理；    

  1）物理层主要是硬件线路数据，软件驱动的收发；采用标准3线制 Uart 物理接口、波特率待定、 8个数据位，无校验，1个停止位。
2）数据链路层是对接收一包数据的完整性已经正确的保证，这里使用crc校验；
3）传输层是实现数据包的顺序传输，和稳定性，具体的协议帧定义如下：  

应答帧在应用层payload中进行，counter计数避免帧重复，对于协议的实现，仅mcu部分，上位机部分使用Linux，将数据存到文件中即可。   目前更新到这里，想看后续更新记得关注我们~  项目如此有趣想要跟着一起做？点击下方的阅读原文按钮，下载本次项目相关附件资料，一起来实战吧！

Part 04

定制NRF24L01的传输协议，完成开发

Part 05

整体调试、测试

Part 06

编写项目总结

 

原文标题：来实战之《嵌入式UART项目开发》步骤三：调试接口与pc的交互程序的开发

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