UART开发基础

前言

同步传输与异步传输

1.概念与示例

2.差别

UART协议与操作方法

1.UART协议

2.STM32H5 UART硬件结构

3.RS485协议

UART编程

1.三种编程方式

2.查询方式

3.中断方式

4.DMA 方式

效率最高的UART编程方法

1.IDLE中断

2.DMA 发送/DMA+IDLE 接收

在RTOS里使用UART

1.程序框架

2.编写程序

面向对象封装UART

前言

本文介绍串口常用的三种编程方式、效率最高的编程方法，并将RTOS和串口的操作结合起来，同时锻炼面向对象的编程方式；在学习的时候，我见到了之前从未见过的函数封装方式，我相信这对我以后的工作有很大的帮助。

同步传输与异步传输

1.概念与示例

使用生活例子来说明什么是同步、异步：
① 同步：朋友打电话说到我家吃饭，我在家里等他们
② 异步：朋友没有提前打招呼，突然就到我家来了
它们的差别在于：有没有使用一种方法“实现约好时间”。

在电子产品中，使用同步传输时，一般涉及两个信号：
① 时钟信号：用来通知对方要读取数据了
② 数据信号：用来传输数据
（I2C和SPI协议就是同步传输，他们都有一条时钟线，“约定好时间”）

同步传输示例如下：

异步传输示例如下：

使用异步信号传输数据时，双方遵守相同的约定：
① 起始信号：发送方可以通知接收方"注意了，我要开始传输数据了"
② 数据的表示：怎么表示逻辑 1，怎么表示逻辑 0。

以红外遥控器解码器为例，它向单片机发出的数据格式如下：
① 起始信号：解码器发出一个 9ms 的低电平、4.5ms 的高电平，用来同时对方说"开始了"
② 表示一位数据
逻辑 1：0.56ms 的低电平+1.69ms 的高电平
逻辑 0：0.56ms 的低电平+0.56ms 的高电平
③ 接收方、发送方都遵守这样的约定，就可以使用一条线传输数据

2.差别

UART协议与操作方法

注意：（以下内容是比较基础的知识，学过32的同学都比较了解串口的内部原理和相关寄存器的操作，但会简单介绍RS485协议，有需要自行跳转）

1.UART协议

通用异步收发器简称 UART，即“Universal Asynchronous Receiver Transmitter”，它用来传输串行数据：发送数据时，CPU 将并行数据写入 UART，UART 按照一定的格式在一根电线上串行发出；接收数据时，UART 检测另一根电线上的信号，将串行数据收集放在缓冲区中，CPU 即可读取 UART 获得这些数据。UART 之间以全双工方式传输数据，最精简的连线方法只有三根电线：TxD 用于发送数据，RxD 用于接收数据，GND 用于给双方提供参考电平，连线如图所示：

UART 使用标准的 TTL/CMOS 逻辑电平(0～5V、0～3.3V、0～2.5V 或 0～1.8V 四种)来表示数据，高电平表示 1，低电平表示 0。进行长距离传输时，为了增强数据的抗干扰能力、提高传输长度，通常将 TTL/CMOS 逻辑电平转换为 RS-232 逻辑电平，3～12V 表示 0，-3～-12V 表示 1。
TxD、RxD 数据线以“位”为最小单位传输数据。帧(frame)由具有完整意义的、不可分割的若干位组成，它包含开始位、数据位、较验位(需要的话)和停止位。发送数据之前，UART 之间要约定好数据的传输速率(即每位所占据的时间，其倒数称为波特率)、数据的传输格式(即有多少个数据位、是否使用较验位、是奇较验还是偶较验、有多少个停止位)。
数据传输流程如下：
1) 平时数据线处于“空闭”状态(1 状态)。
2) 当要发送数据时，UART 改变 TxD 数据线的状态(变为 0 状态)并维持 1 位的时间──这样接收方检测到开始位后，再等待 1.5 位的时间就开始一位一位地检测数据线的状态得到所传输的数据。
3) UART 一帧中可以有 5、6、7 或 8 位的数据，发送方一位一位地改变数据线的状态将它们发送出去，首先发送最低位。
4) 如果使用较验功能，UART 在发送完数据位后，还要发送 1 个较验位。有两种较验方法：奇较验、偶较验──数据位连同较验位中，“1”的数目等于奇数或偶数。
5) 最后，发送停止位，数据线恢复到“空闭”状态(1 状态)。停止位的长度有 3 种：1 位、1.5 位、2 位。

下图演示了 UART 使用 7 个数据位、偶较验、2 个停止位的格式传输字符“A”(二进制值为 0b01000001)时，TTL/CMOS 逻辑电平、RS-232 逻辑电平对应的波形。

双方约定了“传输一 bit 数据的时间”，就可以算出 1 秒内能传输多少 bit 数据，这被称为“比特率”，又经常被称为“波特率”。两者有什么关系？

假设发送方 A 能精确控制信号的电压，接收方 B 也能精确识别电压，双方如此约定：

那么要传输一个字节的数据，比如 0x78，它的二进制数为 0b01,11,10,00，只需要传输 4 次（假设 1ms 改变一次电压，假设先传输低位）：
① 第 1ms，A 设置电压为 0V，B 识别出电压后，认为收到了 bit1 为 0、bit0 为 0
② 第 2ms，A 设置电压为 1.6V，B 识别出电压后，认为收到了 bit3 为 1、bit2 为 0
③ 第 3ms，A 设置电压为 2.4V，B 识别出电压后，认为收到了 bit5 为 1、bit4 为 1
④ 第 4ms，A 设置电压为 0.8V，B 识别出电压后，认为收到了 bit7 为 0、bit6 为 1
只需要 4ms，就传输了 4 个状态，但是传输了 8bit 数据：波特率*2=比特率。

假设发送方 A 精确控制信号电压的能力比较差，只能保证 0~0.7V、1.8~3.3V 的电压比较稳定；接收方 B 识别电压的能力也不够精确，只能保证可以识别出 0~0.7V、1.8~3.3V 的电压，于是双方约定：

那么要传输一个字节的数据，比如 0x78，它的二进制数为 0b01111000，需要传输 8 次。
8ms，传输 8 个状态，传输了 8bit 数据：波特率=比特率。

得出结论：波特率：1 秒内传输信号的状态数（波形数）。比特率：1 秒内传输数据的 bit 数。如果一个波形，能表示 N 个 bit，那么：波特率 * N = 比特率。

2.STM32H5 UART硬件结构

        CPU往TDR寄存器里写数据，也可以从RDR寄存器读出数据；数据再发到对应的移位寄存器，一位一位的发送出去。
        CPU什么时候读/写数据？由状态寄存器ISR决定，当发送寄存器TDR空，就可以写数据，接收寄存器RDR非空，就可以读数据。
        FIFO是缓冲区；以写数据为例子：如果没有FIFO，CPU写数据的时候只能一个字节一个字节写，有了FIFO，假设它的深度为64字节，那么可以一股脑的写入64字节的数据，FIFO遵循先进先出的原则，注意的是：数据还是通过移位寄存器一位一位发出去的，只不过可以节省CPU的资源，不用频繁的判断发送寄存器是否空。

3.RS485协议

使用 RS485 协议传输数据时，电路图如下：

RS485 协议里，使用 A、B 差分信号线传输数据：两线间的电压差为+（2 至 6）V 表示逻辑 1，电压差为-（2 至 6）V 时表示逻辑 0。它是半双工的传输方式（TTL协议的串口是全双工）：MCU1 要发送数据时，从 TxD 引脚把数据发送给电平转换芯片 MAX13487EESA，它把 TxD 的信号转换为差分信号传递给另一个电平转换芯片 MAX13487EESA，进而转换为 TTL 电平通过 RO 发送到 MCU2 的RxD 引脚。MCU2 要给 MCU1 发送数据的话，必须等待差分信号线处于空闲状态。

对于软件而言，使用 RS485 跟普通的 UART 没有区别。

UART编程

使用的板子为STM32H5系列，将串口2和串口4相连，进行串口编程实验。

1.三种编程方式

结合 UART 硬件结构，有 3 种编程方法：

① 查询方式：
要发送数据时，先把数据写入 TDR 寄存器，然后判断 TDR 为空再返回。当然也可以先判断 TDR 为空，再写入。
要读取数据时，先判断 RDR 非空，再读取 RDR 得到数据。

② 中断方式：
        使用中断方式，效率更高，并且可以在接收数据时避免数据丢失。
        要发送数据时，使能“TXE”中断（发送寄存器空中断）。在 TXE 中断处理函数里，从程序的发送 buffer 里取出一个数据，写入 TDR。等再次发生 TXE 中断时，再从程序的发送buffer 里取出下一个数据写入 TDR。
        对于接收数据，在一开始就使能“RXNE”中断（接收寄存器非空）。这样，UART 接收到一个数据就会触发中断，在中断程序里读取 RDR 得到数据，存入程序的接收 buffer。当程序向读取串口数据时，它直接读取接收 buffer 即可。
        这里涉及的“发送 buffer”、“接收 buffer”，特别适合使用“环形 buffer”（学过FreeRTOS的自然会联想到队列）。

③ DMA 方式：
使用中断方式时，在传输、接收数据时，会发生中断，还需要 CPU 执行中断处理函数。有另外一种方法：DMA（Direct Memory Access），它可以直接在 2 个设备之间传递数据，无需 CPU 参与。框图如下：

设置好 DMA（源、目的、地址增减方向、每次读取数据的长度、读取次数）后，DMA 就会自动地在 SRAM 和 UART 之间传递数据：
① 发送时：DMA 从 SRAM 得到数据，写入 UART 的 TDR 寄存器
② 接收时：DMA 从 UART 的 RDR 寄存器得到数据，写到 SRAM 去
③ 指定的数据传输完毕后，触发 DMA 中断；在数据传输过程中，没有中断，CPU 无需处理

函数如下：

2.查询方式

缺点：发送数据时要死等发送完毕，接收数据时容易丢失。

cubemx配置

串口2和4都使能FIFO模式，异步通信，其余默认。

实验代码是基于FreeRTOS的，创建两个任务，一个发送任务，一个接收任务。

app_freertos.c

xTaskCreate(UART2_TxTaskFunction,"uart2_tx_task",200,NULL,osPriorityNormal,NULL);

xTaskCreate(UART4_RxTaskFunction,"uart4_rx_task",200,NULL,osPriorityNormal,NULL);

/*发送任务*/
static void UART2_TxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	while (1)
	{
		/* 发送数据 */
		HAL_UART_Transmit(&huart2, &c, 1, 100);
		vTaskDelay(500);
		c++;
	}
}

/*接收任务*/
static void UART4_RxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	int cnt = 0;
	char buf[100];
	HAL_StatusTypeDef err;
	
	while (1)
	{
		/* 接收数据 */
        /* 接收成功返回 0 */
		err = HAL_UART_Receive(&huart4, &c, 1, 100);
		
		/* 在OLED上显示出来 */	
		if (!err)
		{
			sprintf(buf, "Recv Data : 0x%02x, Cnt : %d", c, cnt++);
			Draw_String(0, 0, buf, 0x0000ff00, 0);
		}
	}
}

可以看到使用查询方式的时候结合RTOS还是比较简单的，因为两个任务都可以及时得到运行。缺点也很明显了。

3.中断方式

缺点：需要是事先调用接收函数，才能通过中断接收数据，易丢失。

cubemx配置

在上一个配置的基础上，串口2和串口4使能NVIC中断

当我们调用 HAL_UART_Transmit_IT 和 HAL_UART_Receive_IT 函数的时候，它只是去开启这个发送中断和接收中断，至于什么时候发送完成？什么时候接收到了数据？需要我们自己去判断，它提供了对应的回调函数。

在usart.c里，我们可以自己定义这两个函数

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

注意： 回调函数是在中断里被调用的，是在中断退出前被调用的，后续改造回调函数的时候，用到的队列和信号量操作，如果是在中断里，需要加上FromISR后缀，否则会导致代码崩溃！！！

usart.c

static volatile int g_uart2_tx_complete = 0;
static volatile int g_uart4_rx_complete = 0;

/*发送完成回调函数*/
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if (huart == &huart2)
	{
		g_uart2_tx_complete = 1;
	}
}

/*等待发送完成*/
int Wait_UART2_Tx_Complete(int timeout)
{
    /*要么标志位被置1,表发送完成;要么超时退出*/
	while (g_uart2_tx_complete == 0 && timeout)
	{
		vTaskDelay(1);
		timeout--;
	}
	if (timeout == 0)
		return -1;
	else
	{
		g_uart2_tx_complete = 0;
		return 0;
	}
}

/*接收完成回调函数*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if (huart == &huart4)
	{
		g_uart4_rx_complete = 1;
	}	
}

/*同上*/
int Wait_UART4_Rx_Complete(int timeout)
{
	while (g_uart4_rx_complete == 0 && timeout)
	{
		vTaskDelay(1);
		timeout--;
	}
	if (timeout == 0)
		return -1;
	else
	{
		g_uart4_rx_complete = 0;
		return 0;
	}
}

代码写的有点笨，主要理解回调函数的作用，可以自行在回调函数里进行自己想要的操作

app_freertos.c

static void UART2_TxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	
	while (1)
	{
		/* 发送数据 */
		HAL_UART_Transmit_IT(&huart2, &c, 1);
		Wait_UART2_Tx_Complete(100);
		vTaskDelay(500);
		c++;
	}
}

static void UART4_RxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	int cnt = 0;
	char buf[100];
	HAL_StatusTypeDef err;
	
	while (1)
	{
		/* 接收数据 */
		err = HAL_UART_Receive_IT(&huart4, &c, 1);
		
        /*wait函数返回0表示成功*/
		if (Wait_UART4_Rx_Complete(10) == 0)		
		{
			sprintf(buf, "Recv Data : 0x%02x, Cnt : %d", c, cnt++);
			Draw_String(0, 0, buf, 0x0000ff00, 0);
		}
		else
		{
            /*失败调用中止函数*/
			HAL_UART_AbortReceive_IT(&huart4);
		}
	}
}

代码很简单，效率相比查询方式来说要高。 HAL_UART_AbortReceive_IT 函数的作用是中止一个正在进行的 UART 接收操作，中止接收操作后，相关的资源（如缓冲区、标志位等）会被重置，准备好进行后续的操作。对于发送失败，我们并没有进行操作。

4.DMA 方式

本节讲的是传统 DMA 方式，不涉及“idle 中断”，它会在后面讲解。
缺点：需要是事先调用接收函数，才能通过中断接收数据，易丢失。

cubemx配置

数据传输的三要素：源，目的，长度。这里的触发方式是串口2的发送引脚，自然是从内存中拿取数据，发送到外面，那么源地址就是内存，拿一个数据就要递增一次（每次递增一个字节），目的地址是外设，是移位寄存器，所以目的地址不变。

串口4同理：

大家可以自己推理一下。

usart.c 的代码不变，DMA传输完成后会发起DMA中断，回调函数还是一样的。

看看app_freertos.c的代码：

static void CH1_UART2_TxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	
	while (1)
	{
		/* 发送数据 */
		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, &c, 1);
		Wait_UART2_Tx_Complete(100);
		vTaskDelay(500);
		c++;
	}
}

static void CH2_UART4_RxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	int cnt = 0;
	char buf[100];
	HAL_StatusTypeDef err;
	
	while (1)
	{
		/* 接收数据 */
		err = HAL_UART_Receive_DMA(&huart4, &c, 1);
		
		if (Wait_UART4_Rx_Complete(10) == 0)		
		{
			sprintf(buf, "Recv Data : 0x%02x, Cnt : %d", c, cnt++);
			Draw_String(0, 0, buf, 0x0000ff00, 0);
		}
		else
		{
            /*中止函数*/
			HAL_UART_DMAStop(&huart4);
		}
	}
}

只是后缀变了，中止函数的名字可能有些区别。但是效率要比前两个都高。

效率最高的UART编程方法

1.IDLE中断

IDLE，空闲的定义是：总线上在一个字节的时间内没有再接收到数据。

UART 的 IDLE 中断何时发生？RxD 引脚一开始就是空闲的啊，难道 IDLE 中断一直产生？

不是的。当我们使能 IDLE 中断后，它并不会立刻产生，而是：至少收到 1 个数据后，发现在一个字节的时间里，都没有接收到新数据，才会产生 IDLE 中断。

我们使用 DMA 接收数据时，确实可以提高 CPU 的效率，但是“无法预知要接收多少数据”，而我们想尽快处理接收到的数据。怎么办？比如我想读取 100 字节的数据，但是接收到 60 字节后对方就不再发送数据了，怎么办？我们怎么判断数据传输中止了？可以使用 IDLE 中断。在这种情况下，DMA 传输结束的条件有 3 个：
① 接收完指定数量的数据了，比如收到了 100 字节的数据了，HAL_UART_RxCpltCallback 被调用
② 总线空闲了：HAL_UARTEx_RxEventCallback 被调用
③ 发生了错误：HAL_UART_ErrorCallback 被调用

使用 IDLE 状态来接收的函数有：

2.DMA 发送/DMA+IDLE 接收

要点有 3 个：
① 对于发送：使用“HAL_UART_Transmit_DMA”函数
② 对于接收：一开始就调用“HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA”启动接收
③ 在回调函数“HAL_UART_RxCpltCallback”或“HAL_UARTEx_RxEventCallback”里读取、存储数据后，再次调用“HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA”启动接收

在RTOS里使用UART

1.程序框架

本程序的重点在于如何高效地接收数据：
① 使用 DMA+IDLE 中断的方式接收数据，它会把数据存入临时缓冲区；
② 在回调函数里：把临时缓冲器的数据写入队列，然后再次使能 DMA
③ APP 读取队列：如果队列里没有数据则阻塞。
框架如下：

2.编写程序

在usart.c中，我们可以自己定义那三个回调函数

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size);
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

我们将usart.c改造一下，之前等待完成的函数写的太丑了，我们用信号量来代替。

注意：我们以串口2为例子，实现串口2的发送和接收函数，串口4同理，最后可以实现串口2给串口4发，串口4给串口2发。

static uint8_t g_uart2_rx_buff[100];

static SemaphoreHandle_t g_UART2_Tx_Semphore;

static QueueHandle_t g_xUART2_Rx_Queue;

/*发送完成回调函数*/
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart == &huart2)
	{
        /*释放一个信号量,代替之前的wait函数*/
		xSemaphoreGiveFromISR(g_UART2_Tx_Semphore, NULL);
	}
    /*在回调函数里判断是哪个串口,这里演示一遍后面不再演示*/
    if(huart == &huart4)
    {
    }
}

/*接收完成回调函数*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart == &huart2)
	{
		/*如果接收到了100字节的数据，写队列*/
		for(int i=0; i<100; i++)
		{
			xQueueSendFromISR(g_xUART2_Rx_Queue, &g_uart2_rx_buff[i], NULL);
		}
		/*重启DMA和IDLE中断*/
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, g_uart2_rx_buff, 100);
	}
}

/*IDLE回调函数*/
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
	if(huart == &huart2)
	{
		/*如果发生IDLE中断，写队列*/
		for(int i=0; i<Size; i++)
		{
			xQueueSendFromISR(g_xUART2_Rx_Queue, &g_uart2_rx_buff[i], NULL);
		}		
		/*重启DMA和IDLE中断*/
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, g_uart2_rx_buff, 100);
	}
}

/*error回调函数*/
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart == &huart2)
	{
		/*重启DMA和IDLE中断*/
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, g_uart2_rx_buff, 100);
	}
}

/*UART2相关操作*/
int UART2_GetData(struct UART_Device *pDev, uint8_t *data, int timeout)
{
	/*读到数据返回pdPASS*/
	if(xQueueReceive(g_xUART2_Rx_Queue, data, timeout) == pdPASS)
		return 0;
	else
		return -1;
}

/*初始化串口2相关的信号量和队列,启动串口*/
int UART2_Rx_Start(struct UART_Device *pDev, int baud, char parity, int data_bit, int stop_bit)
{
	/*避免多次创建*/
	if(g_xUART2_Rx_Queue == NULL)
	{
		g_xUART2_Rx_Queue = xQueueCreate(200, 1);
		g_UART2_Tx_Semphore = xSemaphoreCreateBinary();
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2, g_uart2_rx_buff, 100);		
	}
	return 0;
}

int UART2_Send(struct UART_Device *pDev, uint8_t *datas, uint32_t len, int timeout)
{
	HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, datas, len);
	
	/*等待1个信号量，回调函数在中断里被调用，在中断里Give Mutex会出错，所以使用信号量*/
	if(pdTRUE == xSemaphoreTake(g_UART2_Tx_Semphore, timeout))
		return 0;
	else
		return -1;
}

注意我之前说的，回调函数是在中断里被调用的，而在中断里，释放互斥量会导致程序崩溃，见下面官方的解释：

所以用信号量来代替wait函数，回调函数里队列的操作也要加上FromISR后缀，至此实现了将UART和RTOS结合起来。

再来看看app_freertos.c，

static void UART2_TxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	
	while (1)
	{
		/* send data */
		HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, &c, 1);
		Wait_UART2_Tx_Complete(100);
		vTaskDelay(500);
		c++;
	}
}

static void UART4_RxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	int cnt = 0;
	char buf[100];
	HAL_StatusTypeDef err;

    /*初始化和启动函数*/
	UART4_Rx_Start();
	
	while (1)
	{
		/* 接收数据 */
		err = UART4_GetData(&c);
		
		if (err == 0)		
		{
			sprintf(buf, "Recv Data : 0x%02x, Cnt : %d", c, cnt++);
			Draw_String(0, 0, buf, 0x0000ff00, 0);
		}
		else
		{
			HAL_UART_DMAStop(&huart4);
		}
	}
}

面向对象封装UART

我们使用多个 UART：UART2、UART4，以初始化为例，有如下函数：

void UART2_Rx_Start(void);
void UART4_Rx_Start(void);

对于使用者而言，非常不友好：当 UART 数量增多，他需要记住、使用多个函数名；当更换某个 UART，他需要修改多处代码。比如对于如下代码，当需要更换为 UART4 时，需要修改第 1、3 行代码为 UART4 的函数：

/*01*/ uart2_init(115200, 'N', 8, 1);
/*02*/ char *str = “hello”;
/*03*/ uart2_sendp(str, strlen(str), 100);

重点：把 UART 的操作封装为结构体，可以解决这个问题。UART 的操作主要有 3 个函数：初始化、发送数据、接收数据。那么可以抽象出如下结构体：

struct UART_Device {
char *name;
int (*Init)( struct UART_Device *pDev, int baud, char parity, int data_bit, int stop_bit);
int (*Send)( struct UART_Device *pDev, uint8_t *datas, uint32_t len, int timeout);
int (*RecvByte)( struct UART_Device *pDev, uint8_t *data, int timeout);
};

本节为 UART2、UART4 分别构造一个“struct UART_Device”结构体，比如：

struct UART_Device g_uart2_dev = {"uart2", uart2_init, uart2_send, uart2_recvbyte};
struct UART_Device g_uart4_dev = {"uart4", uart4_init, uart4_send, uart4_recvbyte};

使用时，示例代码如下：

/*01*/ struct UART_Device *pDev = &g_uart2_dev;
/*02*/ pDev->Init(pDev, 115200, 'N', 8, 1);
/*03*/ char *str = “www.100ask.net”;
/*04*/ pDev->Send(pDev, str, strlen(str), 100);

如果要更换串口，只需要修改第 1 行代码，让它指向 g_uart4_dev 即可：这就是面向对象编程的优点。

示例:

uart_device.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "uart_device.h"

/*在 usart.c 里定义结构体，不把串口的函数暴露出来*/
extern struct UART_Device g_uart2_dev;
extern struct UART_Device g_uart4_dev;

/*定义一个指针数组，里面存放串口的结构体指针*/
static struct UART_Device *g_uart_devices[] = {&g_uart2_dev, &g_uart4_dev}; 

/*在app_freertos.c里调用，获得串口的结构体指针*/
struct UART_Device *GetUARTDevice(char *name)
{
	int i = 0;
	for(i=0; i<sizeof(g_uart_devices)/sizeof(g_uart_devices[0]); i++)
	{
		if(!strcmp(name, g_uart_devices[i]->name))//相等返回值为0
			return g_uart_devices[i];//返回名字符合的元素的指针
	}
	
	/*没找到*/
	return NULL;
}

uart_device.h

在usart.c最后给结构体赋值，不把函数暴露出去

app_freertos.c

static void UART_TxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	struct UART_Device *pdev = GetUARTDevice("uart2");//获得串口指针
	
	pdev->Init(pdev, 115200, 'N', 8, 1);//调用结构体中的初始化函数
	
	while (1)
	{
		/* send data */
		pdev->Send(pdev, &c, 1, 100);//调用结构体中的发送函数
		vTaskDelay(500);
		c++;
	}
}

static void UART_RxTaskFunction( void *pvParameters )	
{
	uint8_t c = 0;
	int cnt = 0;
	char buf[100];
	int err;
	struct UART_Device *pdev = GetUARTDevice("uart4");//获得串口指针
	
	pdev->Init(pdev, 115200, 'N', 8, 1);//调用结构体中的初始化函数
	
	while (1)
	{
		err = pdev->RecvByte(pdev, &c, 200);//得到数据存入c中
		
		if (err == 0)		
		{
			sprintf(buf, "Recv Data : 0x%02x, Cnt : %d", c, cnt++);
			Draw_String(0, 0, buf, 0x0000ff00, 0);
		}
		else
		{
			//HAL_UART_DMAStop(&huart4);
		}
	}
}

在这之前要先配置一下cubemx