RT-Thread UART设备

UART

UART（Universal Asynchronous Receiver/Trasmitter）通用异步收发器，UART作为异步串口通信协议的一种，工作原理是将传输数据的每个字符一位接一位地传输。是在应用程序开发过程中使用频率最高的数据总线。

UART串口的特点是将数据一位一位地顺序传送，只要2根传输线就可以实现双向通信，一根数据线发送数据的同时用另一根线接收数据。

UART串口通信有几个重要参数，分别是波特率、起始位、数据位、停止位和奇偶检验位，对于两个使用UART串口通信的端口，这些参数必须匹配，否则通信将无法正常完成。

在这里插入图片描述
起始位：表示数据传输的开始，电平逻辑为 “0” 。

数据位：可能值有 5、6、7、8、9，表示传输这几个 bit 位数据。一般取值为 8，因为一个 ASCII 字符值为 8 位。

奇偶校验位：用于接收方对接收到的数据进行校验，校验 “1” 的位数为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性，使用时不需要此位也可以。

停止位：表示一帧数据的结束。电平逻辑为 “1”。

波特率：串口通信时的速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，其单位为每秒比特数 bit/s(bps)。常见的波特率值有 4800、9600、14400、38400、115200等，数值越大数据传输的越快，波特率为 115200 表示每秒钟传输 115200 位数据。

串口数据接收和发送数据的模式分为3种：中断模式、轮询模式、DMA模式。在使用的时候，这3种模式只能选其一，若串口的打开参数oflags没有指定使用中断模式或者DMA模式，则默认使用轮询模式。

DMA（Direct Memroy Access）即直接存储器访问。DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有像中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过DMA控制器为RAM与I/O设备开辟一条直接传送数据的通路，这就节省了CPU的资源来做其它操作。使用DMA传输可以连续获取或发送一段信息而不占用中断或延时，在通信频繁或有大段信息要传输时非常有用。

注：* RT_DEVICE_FLAG_STREAM：流模式用于向串口终端输出字符串：当输出的字符是 “\n” （对应 16 进制值为 0x0A）时，自动在前面输出一个 “\r”（对应 16 进制值为 0x0D）做分行。

注：默认串口配置接收数据缓冲区大小为 RT_SERIAL_RB_BUFSZ，即 64 字节。若一次性数据接收字节数很多，没有及时读取数据，那么缓冲区的数据将会被新接收到的数据覆盖，造成数据丢失，建议调大缓冲区，即通过 control 接口修改。在修改缓冲区大小时请注意，缓冲区大小无法动态改变，只有在 open 设备之前可以配置。open 设备之后，缓冲区大小不可再进行更改。但除缓冲区之外的其他参数，在 open 设备前 / 后，均可进行更改。

若实际使用串口的配置参数与默认配置参数不符，则用户可以通过应用代码进行修改。修改串口配置参数，如波特率、数据位、校验位、缓冲区接收 buffsize、停止位等。

接收数据

rt_size_t rt_device_read(rt_device_t dev, rt_off_t pos, void* buffer, rt_size_t size);

dev：设备句柄。
pos：读取数据偏移量，此参数串口设备未使用。
buffer：缓冲区指针，读取的数据会被保存在缓冲区中。
size：读取数据的大小

串口使用中断接收模式并配合接收回调函数

static rt_device_t serial;
static struct re_semaphore rx_sem;

//接收数据线程
static void serial_thread_entry(void *parameter)
{
	char ch;
	while(1)
	{
		while(rt_device_read(serial, -1, &ch, 1) !=1)
		{;
			rt_sem_take(&rx_sem,RT_WAITING_FOREVER)
		}
		ch = ch + 1;
		rt_device_write(serial, 0, &ch, 1);
	}
}

中断接收及轮询发送

首先查找串口设备获取设备句柄。
初始化回调函数发送使用的信号量，然后以读写及中断接收方式打开串口设备。
设置串口设备的接收回调函数，之后发送字符串，并创建读取线程。

读取线程会尝试读取一个字符数据，如果没有数据则会挂起并等待信号量，当串口设备接收到一个数据时会触发中断并调用接收回调函数，此函数会发送信号量唤醒线程，此时线程会马上读取接收到的线程。

此示例代码不局限于特定的 BSP，根据 BSP 注册的串口设备，修改示例代码宏定义 SAMPLE_UART_NAME 对应的串口设备名称即可运行。

/*
 * 程序清单：这是一个 串口 设备使用例程
 * 例程导出了 uart_sample 命令到控制终端
 * 命令调用格式：uart_sample uart2
 * 命令解释：命令第二个参数是要使用的串口设备名称，为空则使用默认的串口设备
 * 程序功能：通过串口输出字符串"hello RT-Thread!"，然后错位输出输入的字符
*/

#include <rtthread.h>

#define SAMPLE_UART_NAME       "uart2"

/* 用于接收消息的信号量 */
static struct rt_semaphore rx_sem;
static rt_device_t serial;

/* 接收数据回调函数 */
static rt_err_t uart_input(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
    /* 串口接收到数据后产生中断，调用此回调函数，然后发送接收信号量 */
    rt_sem_release(&rx_sem);

    return RT_EOK;
}

static void serial_thread_entry(void *parameter)
{
    char ch;

    while (1)
    {
        /* 从串口读取一个字节的数据，没有读取到则等待接收信号量 */
        while (rt_device_read(serial, -1, &ch, 1) != 1)
        {
            /* 阻塞等待接收信号量，等到信号量后再次读取数据 */
            rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);
        }
        /* 读取到的数据通过串口错位输出 */
        ch = ch + 1;
        rt_device_write(serial, 0, &ch, 1);
    }
}

static int uart_sample(int argc, char *argv[])
{
    rt_err_t ret = RT_EOK;
    char uart_name[RT_NAME_MAX];
    char str[] = "hello RT-Thread!\r\n";

    if (argc == 2)
    {
        rt_strncpy(uart_name, argv[1], RT_NAME_MAX);
    }
    else
    {
        rt_strncpy(uart_name, SAMPLE_UART_NAME, RT_NAME_MAX);
    }

    /* 查找系统中的串口设备 */
    serial = rt_device_find(uart_name);
    if (!serial)
    {
        rt_kprintf("find %s failed!\n", uart_name);
        return RT_ERROR;
    }

    /* 初始化信号量 */
    rt_sem_init(&rx_sem, "rx_sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
    /* 以中断接收及轮询发送模式打开串口设备 */
    rt_device_open(serial, RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
    /* 设置接收回调函数 */
    rt_device_set_rx_indicate(serial, uart_input);
    /* 发送字符串 */
    rt_device_write(serial, 0, str, (sizeof(str) - 1));

    /* 创建 serial 线程 */
    rt_thread_t thread = rt_thread_create("serial", serial_thread_entry, RT_NULL, 1024, 25, 10);
    /* 创建成功则启动线程 */
    if (thread != RT_NULL)
    {
        rt_thread_startup(thread);
    }
    else
    {
        ret = RT_ERROR;
    }

    return ret;
}
/* 导出到 msh 命令列表中 */
MSH_CMD_EXPORT(uart_sample, uart device sample);