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TM4C123G学习记录(6)--UART

东言肆语 2022-11-27 阅读 169
TM4CUART#include数据串口OpenStack云计算


文章目录

  • ​​一、实验简介​​
  • ​​二、TM4C的UART资源​​
  • ​​（1）Tiva控制器的UART特征​​
  • ​​（2）UART结构图​​
  • ​​（3）UART和引脚的复用映射表​​
  • ​​（4）FIFO操作​​
  • ​​（5）中断、​​
  • ​​三、编程实践​​
  • ​​（1）UART配置和使用的基本流程​​
  • ​​（2）使用类似C语言中stdio.h的方法​​
  • ​​（3）UART中断​​
  • ​​（4）FIFO测试​​
  • ​​四、部分库函数小结​​
  • ​​（1）void UARTprintf(const char *pcString, ...)​​
  • ​​（2）void UARTCharPut(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)​​
  • ​​（3）int32_t UARTCharGet(uint32_t ui32Base)​​
  • ​​（4）bool UARTCharPutNonBlocking(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)​​
  • ​​（5）int32_t UARTCharGetNonBlocking(uint32_t ui32Base)​​
  • ​​（6）void UARTFIFOLevelSet(uint32_t ui32Base, uint32_t ui32TxLevel,uint32_t ui32RxLevel)​​
  • ​​（7）void UARTFIFOEnable(uint32_t ui32Base)​​

一、实验简介

通过TM4C123G的板载UART串口和电脑通信，观察各种中断发生情况

二、TM4C的UART资源

简单介绍TM4C123G的UART资源，关于波特率发生原理、数据传输流程、ISR、调制解调器握手、9位UART模式、环回模式、DMA等内容省略

（1）Tiva控制器的UART特征

TM4C123G学习记录(6)--UART_串口

（2）UART结构图

TM4C123G学习记录(6)--UART_#include_02

（3）UART和引脚的复用映射表

这个表非常重要，编程时要根据这个参考

TM4C123G学习记录(6)--UART_串口_03

（4）FIFO操作

关于FIFO的作用可以看看这篇文章，讲的很明白：​​uart FIFO​​

  • 每个UART有两个16x8的缓冲区，一个用来发送，一个用来接收
  • FIFO状态通过​​UART标志寄存器UARTFR​​和​​UART接收状态寄存器（UARTRSR）​​显示。硬件监视空、满和溢出情况。
  • FIFO产生中断的触发条件由​​ UART中断FIFO深度选择（UARTIFLS）​​控制。两个FIFO可以单独配置为不同的电平情况下触发中断。可以选择如下配置：1/8、1/4、1/2、3/4、7/8。（例如：1/4代表连续FIFO装入16*1/4=4个字节产生一个接受中断）
  • 复位后FIFO都是禁用的并作为1字节的保留寄存器，FIFO中断默认为两个都是1/2选项。通过​​UARTLCRH​​的​​FEN​​位启用FIFO。

注意：关于复位后FIFO是默认使能还是禁用，似乎TI手册之间有矛盾，总之不要用默认设置，自己手动设置一下吧

以下内容来自ti的getting start手册

TM4C123G学习记录(6)--UART_数据_04

（5）中断、

如下介绍，建议结合相关的寄存器看，包括​​UARTCTL寄存器​​​和​​UARTIFLS寄存器​​

TM4C123G学习记录(6)--UART_TM4C_05

  • 接收超时中断：当FIFO不是空的，并且在32位期间没有接收到进一步的数据时触发
  • 接收中断：如果开启FIFO，当收数据>=FIFO深度时触发；否则每次接收到数据都触发
  • 发送中断：如果开启FIFO，当FIFO中数据<=FIFO深度时触发；否则在FIFO中没有数据时触发

三、编程实践

下面就按TI​​getting start​​ 手册的顺序进行UART实验吧

（1）UART配置和使用的基本流程

TM4C123G学习记录(6)--UART_数据_06


下面看一个官方例程，UART0实现echo

/*官方例程1*/
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/pin_map.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/uart.h"
int main(void)
{
  SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0);
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);
  GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX);
  GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX);
  GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);
  UARTConfigSetExpClk(UART0_BASE, SysCtlClockGet(), 115200, 
            (UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE));
  
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'E');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'n');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 't');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'e');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'r');
  UARTCharPut(UART0_BASE, ' ');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'T');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'e');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 'x');
  UARTCharPut(UART0_BASE, 't');
  UARTCharPut(UART0_BASE, ':');
  UARTCharPut(UART0_BASE, ' ');
  while (1)
  {
    if (UARTCharsAvail(UART0_BASE)) 
      UARTCharPut(UART0_BASE, UARTCharGet(UART0_BASE));
  } 
}

官方对于程序的讲解如下

TM4C123G学习记录(6)--UART_TM4C_07

（2）使用类似C语言中stdio.h的方法

包含TivaWare提供的​​uartstdio.h​​​和​​uartstdio.c​​​文件，即可使用​​类似printf()​​等C函数

  • UART时钟、波特率配置函数需要从​​UARTConfigSetExpClk​​​变为​​UARTStdioConfig​​
  • ​​UARTprintf();​​​的使用方法和C中​​printf()​​​完全类似，支持​​%d​​等标准输入输出格式符

TM4C123G学习记录(6)--UART_TM4C_08

  • 特别注意一下，同一时间，只有一个串口可以用​​UARTprintf​​​，​​uartstdio.c​​中对printf重定向，默认是定向到​​UART0​​​，我这里修改成​​UART1​​，如下

利用uartstdio改写上面的官方例程实现一样的功能，大家可以对比一下（我用的UART1，官方是UART0）

/*官方例程1改写，使用uartstdio*/
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"       
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "uartstdio.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/pin_map.h"

int main(void)
{
  SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
  //使能外设
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
  
  //配置复用功能
  GPIOPinConfigure(GPIO_PB0_U1RX);
  GPIOPinConfigure(GPIO_PB1_U1TX);
  
  //分配UART信号
  GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1);
  
  //配置UART参数(这样配置可以用UARTprintf)
  UARTClockSourceSet(UART1_BASE, UART_CLOCK_PIOSC); //使用16MHz内部高精度振荡器(PIOSC)作为UART模块时钟
  UARTStdioConfig(1,115200, 16000000);              //UART编号、波特率、UART时钟频率（频率要和上一行设的一致）
  
  UARTprintf("Enter Text: \n");
  
  uint8_t getChar;
  while (1)
  {
    getChar=UARTCharGet(UART1_BASE);
    UARTCharPut(UART1_BASE,getChar);
  }
}

（3）UART中断

进一步改进刚才的例程，使用接收中断代替主函数中的轮询检测，同时我们增加一个LED来指示数据接收和发送的情况

  1. 增加头文件​​inc/hw_ints.h​​​和​​driverlib/interrupt.h​​(具体路径根据你的工程来)
  2. 进行中断配置，开启接受中断和超时中断`
  3. 配置指示用的LED
  4. 编写中断服务函数：这里首先要读中断状态寄存器，分析发生中断的种类；然后用读取的来清除中断标志（TM4C库函数中，中断标志返回值和清除中断标志函数的参数都是bit-packed格式，可以直接用，挺巧妙的）；接下来读取并发送收到的数据；最后让led闪烁一下
  5. 别忘了注册中断服务函数，可以用函数注册，也可以手动修改中断像量表

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"       //Register Definitions
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
//#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "uartstdio.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/pin_map.h"


#define delay_ms(n); SysCtlDelay(n*(SysCtlClockGet()/3000));


void UARTIntHandler(void) 
{
  uint32_t ui32Status;
  ui32Status = UARTIntStatus(UART1_BASE, true);   //get interrupt status
  UARTIntClear(UART1_BASE, ui32Status);       //clear the asserted interrupts
  while(UARTCharsAvail(UART1_BASE))         //loop while there are chars
  {
    UARTCharPutNonBlocking(UART1_BASE, UARTCharGetNonBlocking(UART1_BASE)); //echo character
    GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_2);  //blink LED
    delay_ms(1);
    GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0);       //turn off LED
  } 
}

int main(void) 
{ 
  SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
  
  //使能外设
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
  
  //配置复用功能
  GPIOPinConfigure(GPIO_PB0_U1RX);
  GPIOPinConfigure(GPIO_PB1_U1TX);
  
  //分配UART信号
  GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1);
  
  //LED配置
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);        //enable GPIO port for LED
  GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2);     //enable pin for LED PF2
  
  //串口参数设置
  UARTClockSourceSet(UART1_BASE, UART_CLOCK_PIOSC);     //使用16MHz内部高精度振荡器(PIOSC)作为UART模块时钟
  UARTStdioConfig(1,115200, 16000000);            //UART编号、波特率、UART时钟频率（频率要和上一行设的一致）
  
  //中断使能
  IntMasterEnable();                      //enable processor interrupts
  IntEnable(INT_UART1);                     //enable the UART interrupt
  UARTIntEnable(UART1_BASE, UART_INT_RX | UART_INT_RT);     //only enable RX and TX interrupts
  
  //注册中断服务函数
  UARTIntRegister(UART1_BASE,UARTIntHandler);
  
  UARTprintf("Enter Text: \n");
  
  while (1)                           //let interrupt handler do the UART echo function
  { 
    ;
  } 
}

（4）FIFO测试

修改上述代码，测试FIFO的功能。
配置接收中断，当接收FIFO半满（8byte）时触发。利用串口调试助手一个char一个char发送。
观察到发送8个char后进入中断，FIFO测试成功

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"       //Register Definitions
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
//#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "uartstdio.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/pin_map.h"


#define delay_ms(n); SysCtlDelay(n*(SysCtlClockGet()/3000));


void UARTIntHandler(void) 
{
  uint32_t ui32Status;
  ui32Status = UARTIntStatus(UART1_BASE, true); //get interrupt status
  UARTIntClear(UART1_BASE, ui32Status);         //clear the asserted interrupts
  while(UARTCharsAvail(UART1_BASE))             //loop while there are chars
  {
    UARTCharPutNonBlocking(UART1_BASE, UARTCharGetNonBlocking(UART1_BASE)); //echo character
    GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_2); //blink LED
    delay_ms(1);
    GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0); //turn off LED
  } 
}

int main(void) 
{ 
  SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
  
  //使能外设
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
  
  //配置复用功能
  GPIOPinConfigure(GPIO_PB0_U1RX);
  GPIOPinConfigure(GPIO_PB1_U1TX);
  
  //分配UART信号
  GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1);
  
  //LED配置
  SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);        //enable GPIO port for LED
  GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2); //enable pin for LED PF2
  
  //串口参数设置
  UARTClockSourceSet(UART1_BASE, UART_CLOCK_PIOSC); //使用16MHz内部高精度振荡器(PIOSC)作为UART模块时钟
  UARTStdioConfig(1,115200, 16000000);              //UART编号、波特率、UART时钟频率（频率要和上一行设的一致）
  
  //FIFO配置，
  UARTFIFOLevelSet(UART1_BASE,UART_FIFO_TX4_8,UART_FIFO_RX4_8); //FIFO填入半满（8byte）时触发中断
  UARTFIFOEnable(UART1_BASE);
  
  //中断使能
  IntMasterEnable();                                      //enable processor interrupts
  IntEnable(INT_UART1);                                   //enable the UART interrupt
  UARTIntEnable(UART1_BASE, UART_INT_RX);   
  
  //注册中断服务函数
  UARTIntRegister(UART1_BASE,UARTIntHandler);
  
  UARTprintf("Enter Text: \n");
  
  while (1) //let interrupt handler do the UART echo function
  { 
    ;
  } 
}

进一步进行其他FIFO中断测试，如下：

  • 打开FIFO的情况下，打开​​UART_INT_OE​​（FIFO溢出中断），此时FIFO深度无作用，FIFO接收17个（FIFO溢出）后进入中断，第17个byte丢失，会输出FIFO中存储的所有16个字符，特别注意FIFO溢出是一个错误引发的中断，在中断服务函数中，除了用​​UARTIntClear​​清除标志，还要写一句​​HWREG(UART1_BASE+UART_O_ECR)=0;​​清除错误标志，否则中断只能进一次。
  • 关闭FIFO的情况下（相当于FIFO深度为1），打开​​UART_INT_OE​​​（FIFO溢出中断），连续收到两个byte溢出，在中断中打印第一个byte；打开​​UART_INT_RX​​（FIFO溢出中断），每收到一个byte都会进中断打印

四、部分库函数小结

（1）void UARTprintf(const char *pcString, …)

  1. 包含​​uartstdio.c​​​和​​uartstdio.h​​后可用
  2. 类似C语言printf()

（2）void UARTCharPut(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)

  1. 串口输出一个char型
  2. 等待FIFO中有数据再发送

（3）int32_t UARTCharGet(uint32_t ui32Base)

  1. 串口接收一个uint32_t型数据
  2. 等待FIFO中有数据再接收

（4）bool UARTCharPutNonBlocking(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)

  1. 串口输出一个char型
  2. 若发送时FIFO已满时，直接返回false而不在那循环等待

（5）int32_t UARTCharGetNonBlocking(uint32_t ui32Base)

  1. 串口接收一个uint32_t型数据
  2. 如果遇到接收时FIFO为空，直接返回false而不在那循环等待

（6）void UARTFIFOLevelSet(uint32_t ui32Base, uint32_t ui32TxLevel,uint32_t ui32RxLevel)

  1. 配置输入输出FIFO的深度

（7）void UARTFIFOEnable(uint32_t ui32Base)

  1. 开启某UART的FIFO功能


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