目實(shí)戰(zhàn)與踩坑記錄)
去年年底接了一個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的項(xiàng)目最開始用的是STM32F407功能也基本能跑但量產(chǎn)成本壓力一來MCU這顆料就成了必須動(dòng)刀的地方。對比了一輪國產(chǎn)替代方案之后最后選了華大半導(dǎo)體HC32F4A0。原因不復(fù)雜同樣是Cortex-M4F核心資源甚至比F407更闊氣10個(gè)USART對多串口采集類項(xiàng)目來說太有吸引力了。但真從STM32切過去過程并沒有想象中順利特別是USART這部分前前后后踩了不少坑。如果你也打算從STM32遷移到HC32F4A0或者正在為多串口項(xiàng)目選型這篇內(nèi)容應(yīng)該能幫你省掉不少調(diào)試時(shí)間。我盡量按實(shí)際踩坑的順序?qū)懓褧r(shí)鐘、GPIO復(fù)用、中斷、DMA、波特率計(jì)算這些關(guān)鍵點(diǎn)都過一遍尤其是10個(gè)USART怎么統(tǒng)一管理。文章里的代碼是基于當(dāng)前華大官方DDL庫寫的不同SDK版本的函數(shù)名可能略有差異但核心思路通用。1. 為什么從STM32轉(zhuǎn)戰(zhàn)HC32F4A01.1 項(xiàng)目背景與選型理由這個(gè)項(xiàng)目是一臺邊緣采集網(wǎng)關(guān)上面要接8路RS485傳感器、1路RS232調(diào)試口、1路RS232工業(yè)儀表另外還要預(yù)留以太網(wǎng)和USB。最開始用STM32F407做原型驗(yàn)證功能確實(shí)能跑通但看串口資源的時(shí)候就有點(diǎn)難受F407的串口數(shù)量在當(dāng)時(shí)的封裝下不夠用還得分出USART做調(diào)試和協(xié)議解析最后不得不用SPI外掛擴(kuò)展串口芯片成本和PCB面積都上去了。后來拿到HC32F4A0的規(guī)格書第一眼被它的串口數(shù)量吸引。10個(gè)USART意味著我可以把一路調(diào)試口、一路RS232儀表口、八路RS485全部用硬件串口搞定不再需要擴(kuò)展芯片。除了串口數(shù)量它還保留了M4F的FPU和DSP指令跑Modbus RTU、邊緣協(xié)議解析、浮點(diǎn)溫濕度計(jì)算都夠用。再加上華大在工業(yè)控制領(lǐng)域的穩(wěn)定供貨和價(jià)格優(yōu)勢這個(gè)替換就順理成章了。當(dāng)然選型不能只看串口多。我對照過HC32F4A0和STM32F407的關(guān)鍵資源這里列一張表方便你快速判斷資源項(xiàng)STM32F407我原來的型號HC32F4A0我實(shí)際用的型號內(nèi)核Cortex-M4F主頻168MHzCortex-M4F主頻最高240MHzFlash最高1MB最高2MBSRAM128KB 64KB CCM384KB級別串口資源數(shù)量偏緊型號不同有差異10個(gè)USART可靈活配置為UART模式以太網(wǎng)部分型號帶MAC部分型號帶MAC配置要按具體封裝查工業(yè)外設(shè)常規(guī)偏工業(yè)控制場景定時(shí)器、模擬外設(shè)豐富所以我的結(jié)論是如果你的項(xiàng)目里串口數(shù)量超過6路而且對成本比較敏感HC32F4A0確實(shí)值得試。但值得試不代表能無縫移植因?yàn)樗耐庠O(shè)架構(gòu)、驅(qū)動(dòng)庫風(fēng)格和STM32差別很大尤其是GPIO復(fù)用和時(shí)鐘樹這兩塊。1.2 遷移前先想清楚的問題從STM32到HC32F4A0不是簡單把芯片型號改一下、函數(shù)名字換一下就行的。我第一次拿到開發(fā)板時(shí)習(xí)慣性地按STM32的思路去初始化USART配置GPIO、開啟外設(shè)時(shí)鐘、調(diào)波特率、使能收發(fā)。結(jié)果完全沒反應(yīng)串口助手一個(gè)字節(jié)都收不到。后來才發(fā)現(xiàn)HC32F4A0的外設(shè)時(shí)鐘默認(rèn)很多都是關(guān)閉的而且GPIO的復(fù)用功能配置方式和STM32完全不一樣。STM32的HAL庫里有GPIO_InitTypeDef把引腳模式設(shè)置成GPIO_MODE_AF_PP再指定Alternate就完了HC32F4A0則是用GPIO_SetFunc這樣的函數(shù)把某個(gè)引腳直接切換成特定外設(shè)功能。這個(gè)思路差異不大但細(xì)節(jié)很磨人因?yàn)槟悴徊橐_復(fù)用表根本寫不對。另外還有一個(gè)坑STM32的調(diào)試器默認(rèn)能連SWD和JTAG而華大這顆料如果恰好把串口引腳和其他功能復(fù)用在調(diào)試腳上配置完之后調(diào)試器可能直接連不上。我在后面專門講引腳復(fù)用時(shí)再展開。2. 遷移前必須知道的架構(gòu)差異2.1 時(shí)鐘樹差異是第一個(gè)坑STM32的老玩家都知道SystemInit之后只要把RCC的PLL配好外設(shè)時(shí)鐘基本不用管HAL庫會(huì)自動(dòng)把APB1、APB2的時(shí)分頻處理好。HC32F4A0不一樣它的外設(shè)時(shí)鐘更像手動(dòng)擋你要用哪個(gè)外設(shè)必須先在SYSCTRL里把對應(yīng)外設(shè)的時(shí)鐘開關(guān)打開然后再確認(rèn)這個(gè)外設(shè)掛在哪個(gè)時(shí)鐘總線上。華大官方DDL庫一般會(huì)有類似這樣的操作SYSCTRL_ClkEnable(SYSCTRL_CLK_USART0);這行代碼放在USART初始化前面很多人會(huì)漏。如果漏掉后面所有USART_UART_Init、USART_WriteData調(diào)用都不生效而且不容易排查因?yàn)榫幾g不報(bào)錯(cuò)寄存器也像是能寫實(shí)際上模塊根本沒跑起來。還有一個(gè)容易忽略的點(diǎn)USART的波特率計(jì)算依賴外設(shè)時(shí)鐘不同型號或不同封裝下USART可能掛在PCLK0上也可能掛在PCLK1上兩個(gè)時(shí)鐘頻率不一定一樣。后面我會(huì)專門講波特率坑這里先記住一句話先查芯片手冊里的時(shí)鐘樹再寫USART初始化代碼。2.2 GPIO與復(fù)用功能配置方式不同在STM32上把一個(gè)引腳變成USART1_TX一般是這樣GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct {0}; GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_9; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_PULLUP; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; GPIO_InitStruct.Alternate GPIO_AF7_USART1; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct);到了HC32F4A0DDL的寫法是GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, GPIO_FUNC_USART0_TX); GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_10, GPIO_FUNC_USART0_RX);看起來只是換了個(gè)函數(shù)名但關(guān)鍵是第三個(gè)參數(shù)。GPIO_FUNC_USART0_TX這類宏定義不是所有外設(shè)都有統(tǒng)一名字你得在SDK的頭文件里查或者對照數(shù)據(jù)手冊里的引腳功能復(fù)用表找。這塊最煩的是同一個(gè)USART可能支持多組引腳比如USART0_TX既可能出現(xiàn)在PA09也可能出現(xiàn)在PB10不同封裝支持的組還不一樣必須仔細(xì)看你的芯片封裝引腳排列。我建議在畫原理圖之前就把所有需要的串口引腳在Excel里排一遍先排除掉和SWD、以太網(wǎng)、晶振引腳沖突的情況。否則等到PCB打樣回來再改引腳工程量會(huì)非常大。2.3 中斷系統(tǒng)與NVIC邏輯要重寫STM32用HAL庫時(shí)中斷處理函數(shù)是固定的比如USART1_IRQHandler。HC32F4A0也類似但中斷使能、掛起清除的細(xì)節(jié)有區(qū)別。我踩過的一個(gè)典型坑是接收中斷標(biāo)志位的清除方式不一樣如果在中斷里順手調(diào)了一個(gè)清標(biāo)志函數(shù)反而可能會(huì)導(dǎo)致下一個(gè)字節(jié)進(jìn)不來或者連續(xù)進(jìn)中斷造成死循環(huán)。所以遷移時(shí)不要照著STM32的中斷代碼硬套必須先看HC32F4A0的數(shù)據(jù)手冊里關(guān)于USART中斷標(biāo)志位的說明尤其是讀數(shù)據(jù)寄存器和清除標(biāo)志位的先后關(guān)系。很多外設(shè)中斷標(biāo)志是讀寄存器時(shí)自動(dòng)清掉的你再去手動(dòng)清一次容易出問題。后面第5章我會(huì)把這個(gè)坑的實(shí)戰(zhàn)場面講一遍。3. 十個(gè)USART的資源分布與初始化思路3.1 HC32F4A0的USART外設(shè)資源HC32F4A0的串口都叫USART但實(shí)際用法上經(jīng)常跑成UART模式也就是異步收發(fā)不輸出時(shí)鐘信號。很多剛接觸的人會(huì)被名字嚇到其實(shí)不用擔(dān)心USART本身是支持同步模式的但我們在RS232、RS485、Modbus這類場景里基本只用異步模式。這里把USART、UART、I2C、SPI這幾個(gè)常見串行接口的區(qū)別順手放一下方便新手理解協(xié)議方向需要幾根線有沒有時(shí)鐘線典型用途USART/UART全雙工異步為主2根TX/RX或4根帶流控異步時(shí)不需要同步時(shí)有一根CLKRS232、RS485、調(diào)試口I2C半雙工2根SDA/SCLSCL由主機(jī)產(chǎn)生傳感器、EEPROMSPI全雙工3根或4根SCK由主機(jī)產(chǎn)生Flash、LCD、SD卡回到HC32F4A0我實(shí)際用到的串口數(shù)量是10路。DDL里一般會(huì)提供stc_usart_uart_init_t這樣的結(jié)構(gòu)體初始化時(shí)把波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位填進(jìn)去然后調(diào)USART_UART_Init。如果你只用UART異步模式就不需要關(guān)心同步模式的CLK引腳和時(shí)鐘極性配置。3.2 用一張表一個(gè)結(jié)構(gòu)體管理全部串口10個(gè)串口如果每個(gè)都單獨(dú)寫一套初始化代碼代碼量會(huì)爆炸而且維護(hù)麻煩。我最開始寫USART0的時(shí)候確實(shí)老老實(shí)實(shí)復(fù)制了五遍后來要加第8路傳感器時(shí)徹底受不了改成了一張配置表加循環(huán)初始化的結(jié)構(gòu)。先定義串口配置結(jié)構(gòu)體typedef struct { M4_USART_TypeDef *usart; // USART 外設(shè)寄存器基地址 IRQn_Type irq; // 中斷號 uint32_t baud; // 波特率 uint8_t txPort; // TX引腳所在端口 uint16_t txPin; // TX引腳 uint8_t rxPort; // RX引腳所在端口 uint16_t rxPin; // RX引腳 uint8_t txFunc; // TX復(fù)用功能編號 uint8_t rxFunc; // RX復(fù)用功能編號 } HcUsartCfg;然后建一張全局配置表把10路串口的信息都放進(jìn)去static const HcUsartCfg g_usart_config[] { { USART0, USART0_IRQn, 115200, GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_10, GPIO_FUNC_USART0_TX, GPIO_FUNC_USART0_RX }, { USART1, USART1_IRQn, 9600, GPIO_PORT_B, GPIO_PIN_03, GPIO_PORT_B, GPIO_PIN_04, GPIO_FUNC_USART1_TX, GPIO_FUNC_USART1_RX }, // ... 其他串口按實(shí)際原理圖填充 };初始化函數(shù)就可以統(tǒng)一循環(huán)處理void HcUsart_InitAll(void) { for (uint8_t i 0; i USART_NUM_MAX; i) { SYSCTRL_ClkEnable(g_usart_config[i].usart); GPIO_SetFunc(g_usart_config[i].txPort, g_usart_config[i].txPin, g_usart_config[i].txFunc); GPIO_SetFunc(g_usart_config[i].rxPort, g_usart_config[i].rxPin, g_usart_config[i].rxFunc); stc_usart_uart_init_t uartInit; memset(uartInit, 0, sizeof(uartInit)); uartInit.u32Baudrate g_usart_config[i].baud; uartInit.enDataBits USART_DATABITS_8; uartInit.enParity USART_PARITY_NONE; uartInit.enStopBits USART_STOPBIT_1; USART_UART_Init(g_usart_config[i].usart, uartInit); USART_FuncCmd(g_usart_config[i].usart, USART_FUNC_RX | USART_FUNC_TX, ENABLE); } }這樣以后要改某一路的波特率或者換引腳只需要改這一張表不用在代碼里翻來翻去。10路串口的項(xiàng)目配置表就是最好的活文檔。3.3 引腳復(fù)用查表比看寄存器更快第一次配置HC32F4A0引腳時(shí)我犯了經(jīng)驗(yàn)主義錯(cuò)誤以為可以直接翻STM32CubeMX自動(dòng)生成的代碼找規(guī)律。結(jié)果HC32F4A0沒有對應(yīng)的圖形化配置工具或者至少不能完全替代數(shù)據(jù)手冊。正確的做法是打開對應(yīng)型號的數(shù)據(jù)手冊找到GPIO功能復(fù)用列表然后按功能查引腳。舉個(gè)例子你要找USART2_TX就別靠記憶硬背先確認(rèn)自己的封裝型號然后在復(fù)用表里搜索USART2_TX看它能出現(xiàn)在哪幾個(gè)引腳上再根據(jù)PCB布局選一組不沖突的。這里有個(gè)很關(guān)鍵的原則所有串口接收引腳最好優(yōu)先選帶外部中斷能力的如果暫時(shí)用不到DMA至少中斷接收要可靠。另外提醒一句HC32F4A0的SDK頭文件里關(guān)于GPIO復(fù)用功能的宏非常多直接用GPIO_FUNC_USART0_TX這種宏反而比寫數(shù)字可靠。如果你在代碼里看到一個(gè)類似GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, 6)的數(shù)字這個(gè)6就是復(fù)用功能編號具體含義必須去手冊里查別亂猜。4. USART實(shí)戰(zhàn)配置從基礎(chǔ)收發(fā)到中斷DMA4.1 最基礎(chǔ)的輪詢收發(fā)跑通第一路串口不管后面用不用中斷我建議第一路串口先用輪詢方式跑通這樣方便驗(yàn)證時(shí)鐘、引腳、波特率這些基礎(chǔ)配置是不是對的。以USART0為例完整初始化流程是三步開外設(shè)時(shí)鐘、配引腳復(fù)用、配串口參數(shù)。void Usart0_PollingInit(void) { stc_usart_uart_init_t stcUartInit; SYSCTRL_ClkEnable(SYSCTRL_CLK_USART0); GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, GPIO_FUNC_USART0_TX); GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_10, GPIO_FUNC_USART0_RX); memset(stcUartInit, 0, sizeof(stcUartInit)); stcUartInit.u32Baudrate 115200u; stcUartInit.enDataBits USART_DATABITS_8; stcUartInit.enParity USART_PARITY_NONE; stcUartInit.enStopBits USART_STOPBIT_1; USART_UART_Init(USART0, stcUartInit); USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_RX, ENABLE); USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_TX, ENABLE); }然后寫兩個(gè)最簡單的收發(fā)函數(shù)。如果只是想打個(gè)字符出來可以像下面這樣void Usart0_PutChar(uint8_t ch) { while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_TX_EMPTY) RESET) { // 等待發(fā)送寄存器空 } USART_WriteData(USART0, ch); } uint8_t Usart0_GetChar(void) { while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_RX_NOT_EMPTY) RESET) { // 等待接收數(shù)據(jù) } return (uint8_t)USART_ReadData(USART0); }不要覺得輪詢收發(fā)簡單就沒價(jià)值這個(gè)階段能幫你確認(rèn)三件事外設(shè)時(shí)鐘有沒有開、引腳復(fù)用選沒選對、波特率配置是否合理。只要這三項(xiàng)有任何一項(xiàng)不對輪詢模式馬上會(huì)暴露問題。4.2 中斷收發(fā)與空閑檢測不掉數(shù)據(jù)的方案輪詢收發(fā)跑通后再上中斷。中斷接收的好處是MCU不用一直在那邊死等收到數(shù)據(jù)后自動(dòng)進(jìn)中斷把數(shù)據(jù)放進(jìn)緩沖區(qū)主循環(huán)再去做協(xié)議解析。使能接收中斷的代碼大致是USART_IntCmd(USART0, USART_INT_RX_NOT_EMPTY, ENABLE); NVIC_EnableIRQ(USART0_IRQn);中斷服務(wù)函數(shù)里我習(xí)慣只做一件事把數(shù)據(jù)讀出來放進(jìn)接收緩沖區(qū)。不要在中斷里做協(xié)議解析、字符串拼接、printf這類耗時(shí)操作否則高速串口很容易丟數(shù)據(jù)。volatile uint8_t rx_buf[512]; volatile uint16_t rx_len 0; void USART0_IRQHandler(void) { if (USART_GetIntStatus(USART0, USART_INT_RX_NOT_EMPTY) ! RESET) { uint8_t data (uint8_t)USART_ReadData(USART0); if (rx_len sizeof(rx_buf)) { rx_buf[rx_len] data; } } }這段代碼有一個(gè)問題如果某幀數(shù)據(jù)中間間隔較長主循環(huán)怎么知道一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)收完了在串口通信里常見做法是把幀頭幀尾設(shè)計(jì)好比如Modbus RTU就是靠3.5個(gè)字符時(shí)間間隔來判斷幀結(jié)束。如果在HC32F4A0上做類似設(shè)計(jì)可以額外使能空閑中斷?？臻e中斷表示接收線上已經(jīng)空閑了一段事件大概率就是一幀數(shù)據(jù)到達(dá)完畢主循環(huán)這時(shí)再去解析緩沖區(qū)邏輯會(huì)清晰很多。當(dāng)然如果SDK版本里的空閑中斷API名稱不一樣使用前一定要查頭文件。實(shí)在沒有空閑中斷也可以用定時(shí)器做超時(shí)判斷效果類似只是CPU占用會(huì)稍微高一點(diǎn)。4.3 DMA收發(fā)大數(shù)據(jù)量才安全10路串口如果都靠CPU中斷去搬運(yùn)數(shù)據(jù)其實(shí)壓力也不小尤其是波特率拉到921600甚至更高的時(shí)候。我的做法是對數(shù)據(jù)量大的串口啟用DMA接收數(shù)據(jù)量小但實(shí)時(shí)性要求高的串口保留普通中斷接收。DMA在HC32F4A0上的基本用法核心是把外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器地址配成源地址把內(nèi)存緩沖區(qū)地址配成目的地址然后指定傳輸長度DMA_SetSrcAddr(DMA_CH0, (uint32_t)USART0-DR); DMA_SetDstAddr(DMA_CH0, (uint32_t)rx_dma_buf); DMA_SetTransferCnt(DMA_CH0, RX_BUF_SIZE); DMA_EnableChannelInt(DMA_CH0); DMA_Start(DMA_CH0);這里有三個(gè)要注意的點(diǎn)。第一DMA通道不是隨意選的要看DMA請求映射表不是所有USART都能同時(shí)復(fù)用同一個(gè)DMA通道。第二緩沖區(qū)長度要和DMA傳輸長度一致否則傳輸完一輪后沒有及時(shí)重裝后續(xù)數(shù)據(jù)就丟了。第三DMA模式和中斷接收的緩沖區(qū)管理不太一樣DMA到達(dá)設(shè)定長度會(huì)產(chǎn)生中斷你不一定要把一幀數(shù)據(jù)整個(gè)收完才去處理可以配合半滿中斷數(shù)據(jù)量到一半時(shí)先處理前半段速度會(huì)快很多。DMA首戰(zhàn)容易踩的坑是把源地址和目的地址寫反了結(jié)果串口收到的全是0xFF或者亂碼。排查時(shí)先看DMA的狀態(tài)寄存器再檢查地址配置不要一上來就懷疑波特率。5. 踩坑實(shí)錄與排查心得5.1 波特率不對先查外設(shè)時(shí)鐘搬到HC32F4A0后第一路串口的波特率問題讓我折騰了一個(gè)晚上?，F(xiàn)象很典型115200波特率的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)到電腦上全是亂碼但用示波器抓TX引腳波形又確實(shí)有數(shù)據(jù)在跳變只是高低電平寬度不對。我一開始懷疑是時(shí)鐘樹配置里PLL倍頻沒有生效反復(fù)看了好幾遍PLL配置頻率都對。后來才意識到問題出在USART外設(shè)時(shí)鐘源上我配置的波特率換算公式里用到的外設(shè)時(shí)鐘和我實(shí)際給USART提供的時(shí)鐘根本不是同一個(gè)。用公式表達(dá)一下波特率換算通常是UBRR PCLK / (16 * BAUD)或者8倍過采樣時(shí)用UBRR PCLK / (8 * BAUD)如果我以為是120MHz的PCLK但USART實(shí)際掛在8MHz的HRC內(nèi)部時(shí)鐘上那么UBRR算出來的值會(huì)偏小實(shí)際波特率會(huì)偏大偏差超過8%串口必然亂碼。正確做法是查芯片手冊里USART掛在哪個(gè)時(shí)鐘樹下再確保SYSCTRL_ClkEnable和時(shí)鐘源切換都正確。這個(gè)坑在STM32上很少遇到因?yàn)樵赟TM32的默認(rèn)配置里外設(shè)時(shí)鐘樹已經(jīng)被CubeMX拖好了。5.2 發(fā)送卡死在等待標(biāo)志位第二個(gè)坑出現(xiàn)在發(fā)送函數(shù)里。用輪詢方式發(fā)送時(shí)如果連續(xù)發(fā)大量數(shù)據(jù)偶爾會(huì)卡死在while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_TX_EMPTY) RESET)這個(gè)循環(huán)里。一開始我以為是軟件死循環(huán)后來仔細(xì)看數(shù)據(jù)手冊才發(fā)現(xiàn)問題出在我發(fā)送完一包數(shù)據(jù)后想立刻關(guān)閉TX功能來省電。當(dāng)時(shí)我的代碼邏輯是發(fā)送完最后一批數(shù)據(jù)立刻調(diào)用USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_TX, DISABLE);。看起來沒什么問題但發(fā)送完最后一個(gè)字節(jié)后數(shù)據(jù)雖然寫進(jìn)了數(shù)據(jù)寄存器移位寄存器可能還沒有把數(shù)據(jù)完全移出。這時(shí)候關(guān)閉TX功能等于把最后一個(gè)字節(jié)的半截信號直接切斷了導(dǎo)致下一次發(fā)送狀態(tài)標(biāo)志沒被正確喚醒卡死在等待里。解決辦法是發(fā)送完一包后不要立刻關(guān)TX。如果確實(shí)需要低功耗等發(fā)送完成標(biāo)志置位后再關(guān)閉while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_TX_COMPLETE) RESET) { // 等待移位寄存器移完 } USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_TX, DISABLE);這里有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)**能等發(fā)送完成標(biāo)志就盡量等不要只等發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空。**數(shù)據(jù)寄存器空只代表數(shù)據(jù)從CPU這邊拿走了不代表物理線上的電平已經(jīng)發(fā)完了。5.3 中斷標(biāo)志位清除順序不能亂這個(gè)坑是在調(diào)第3路串口的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)接收中斷很不穩(wěn)定經(jīng)常收一個(gè)字節(jié)之后就再也不進(jìn)中斷下一包數(shù)據(jù)只有復(fù)位后才能繼續(xù)收。我用調(diào)試器查看中斷狀態(tài)寄存器發(fā)現(xiàn)RX標(biāo)志位一直是置1的好像中斷一直處于觸發(fā)狀態(tài)但程序沒有進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)。翻了半天SDK源碼最終確認(rèn)問題出在手動(dòng)清標(biāo)志。HC32F4A0的USART接收寄存器在讀數(shù)據(jù)時(shí)通常會(huì)自動(dòng)清掉RX標(biāo)志位但我在中斷服務(wù)函數(shù)里習(xí)慣性地調(diào)了一個(gè)清除中斷標(biāo)志的API先把這個(gè)標(biāo)志清了再去讀數(shù)據(jù)寄存器。結(jié)果數(shù)據(jù)還沒讀出來標(biāo)志已經(jīng)被清掉硬件判斷這個(gè)中斷已經(jīng)被處理后續(xù)字節(jié)就只能等下一個(gè)中斷事件觸發(fā)?？雌饋硎俏乙詾榍辶似鋵?shí)清了等于白清。正確做法是按數(shù)據(jù)手冊推薦的順序先讀數(shù)據(jù)寄存器讓硬件自動(dòng)清狀態(tài)標(biāo)志如果需要再手動(dòng)清除其他狀態(tài)位。千萬別把STM32里先清標(biāo)志再讀數(shù)據(jù)的習(xí)慣帶過來不同芯片的中斷標(biāo)志清法真的不一樣。5.4 10路串口的中斷優(yōu)先級分配串口一多中斷優(yōu)先級分配就變成性能瓶頸。我把10路串口全部使能接收中斷之后最開始只是隨便設(shè)了幾個(gè)優(yōu)先級結(jié)果發(fā)現(xiàn)低優(yōu)先級的串口偶爾丟字節(jié)。原因是高優(yōu)先級中斷長時(shí)間占用CPU時(shí)低優(yōu)先級串口的接收緩沖被覆蓋硬件FIFO又在溢出邊緣瘋狂丟數(shù)據(jù)。后來我按數(shù)據(jù)重要程度重新分配優(yōu)先級。調(diào)試口和數(shù)據(jù)量最大的串口給搶占優(yōu)先級0普通傳感器串口給1或2不重要的擴(kuò)展串口給3。同時(shí)把NVIC分組配置成搶占優(yōu)先級數(shù)量比較多的一種NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); NVIC_SetPriority(USART0_IRQn, 0); NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 1); NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1); // ...這里有個(gè)細(xì)節(jié)如果10路串口的接收數(shù)據(jù)最終都要交給同一個(gè)協(xié)議解析模塊那中斷里最好只收數(shù)據(jù)進(jìn)環(huán)形隊(duì)列優(yōu)先級只影響收包實(shí)時(shí)性不影響解析正確性。真正怕的是高優(yōu)先級中斷里的協(xié)議處理函數(shù)調(diào)用太長時(shí)間導(dǎo)致低優(yōu)先級串口FIFO溢出。所以中斷服務(wù)函數(shù)越短越好能放到主循環(huán)做的事情別放到中斷里做。5.5 常見問題速查表調(diào)試10路串口的過程中我把遇到的問題整理成了一張速查表后面排查效率提高不少。現(xiàn)象可能原因處理方式串口完全沒反應(yīng)外設(shè)時(shí)鐘沒開調(diào)用SYSCTRL_ClkEnable確認(rèn)時(shí)鐘樹配置波特率亂碼外設(shè)時(shí)鐘源和波特率公式不一致查PCLK來源確認(rèn)UBRR計(jì)算用的時(shí)鐘首字節(jié)丟失初始化后立即發(fā)送發(fā)送狀態(tài)未穩(wěn)定初始化后加短延時(shí)或先讀一次狀態(tài)寄存器接收中斷進(jìn)不去RX中斷沒使能或標(biāo)志位被錯(cuò)誤清除檢查USART_IntCmd注意讀數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)清標(biāo)志發(fā)送卡死等待了不正確的發(fā)送標(biāo)志或提前關(guān)閉TX等待TX_COMPLETE不要發(fā)完立刻關(guān)外設(shè)DMA收到全0xFFDMA源地址/目的地址寫反檢查DMA地址配置先讀DMA狀態(tài)寄存器引腳復(fù)用沖突兩個(gè)外設(shè)配置了同一個(gè)引腳查引腳復(fù)用表換用其他可用引腳調(diào)試器連不上串口或其他外設(shè)復(fù)用了SWD引腳先斷開其他外設(shè)或用Connect Under Reset這張表其實(shí)不只在HC32F4A0上適用只要是類UART外設(shè)很多排查思路都是通用的。6. 調(diào)試工具與工作流建議6.1 邏輯分析儀才是串口調(diào)參神器多串口項(xiàng)目調(diào)試我強(qiáng)烈建議準(zhǔn)備一臺8通道以上的邏輯分析儀。串口助手只能看到某一根串口線發(fā)過來的數(shù)據(jù)但當(dāng)系統(tǒng)里同時(shí)有10路USART在工作需要確認(rèn)某路波形是否正確、波特率有沒有偏差、引腳復(fù)用有沒有沖突時(shí)邏輯分析儀一抓一個(gè)準(zhǔn)。我有一次排查某路傳感器偶發(fā)亂碼串口助手看到的是半小時(shí)出一次亂碼完全沒法定位。后來用邏輯分析儀同時(shí)掛上傳感器TX和MCU的RX引腳才發(fā)現(xiàn)那個(gè)傳感器上電瞬間會(huì)有幾十毫秒的電平抖動(dòng)MCU在初始化時(shí)誤收了一個(gè)字節(jié)。這個(gè)問題靠串口助手很難發(fā)現(xiàn)但邏輯分析儀一眼就能看出來。HC32F4A0的USART基本都是TTL電平可以直接用邏輯分析儀測量不需要加RS232轉(zhuǎn)TTL模塊。6.2 裸機(jī)狀態(tài)機(jī)還是RTOS10路串口一多很多人會(huì)想上RTOS用每個(gè)串口一個(gè)接收任務(wù)的方式。這個(gè)思路沒毛病但裸機(jī)方案在串口數(shù)據(jù)量不太大時(shí)反而更香。我的項(xiàng)目里大部分傳感器的上報(bào)周期是100ms一包每包幾十字節(jié)裸機(jī)中斷接收加主循環(huán)按幀解析完全夠用還省去了RTOS的任務(wù)調(diào)度開銷。如果堅(jiān)持上RTOS記得每一個(gè)串口的接收中斷里用xQueueSendFromISR或者信號量通知對應(yīng)任務(wù)不要在中斷里直接做延遲或阻塞操作。尤其當(dāng)10路串口同時(shí)涌入數(shù)據(jù)時(shí)RTOS調(diào)度頻繁如果中斷服務(wù)函數(shù)里出現(xiàn)阻塞整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間確定性會(huì)崩串口丟幀就是家常便飯。實(shí)際上我最后采用的是裸機(jī)超級循環(huán)的架構(gòu)中斷只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)塞進(jìn)環(huán)形隊(duì)列主循環(huán)按優(yōu)先級輪詢各路隊(duì)列解析出一幀完整數(shù)據(jù)后再分發(fā)到業(yè)務(wù)邏輯。這樣代碼量雖然比RTOS任務(wù)版本多一點(diǎn)但出問題好查復(fù)現(xiàn)概率也低。6.3 最后分享一個(gè)小技巧如果你在調(diào)試HC32F4A0的時(shí)候發(fā)現(xiàn)SWD連不上先別急著懷疑芯片壞了。絕大部分原因是引腳復(fù)用了可能是USART的TX/RX恰好和SWDIO、SWCLK共用也可能是調(diào)試口占用了啟動(dòng)配置引腳。我的做法是把調(diào)試串口固定在另外一組獨(dú)立IO上確保它不占用SWD引腳。萬一真遇到連不上的情況按住復(fù)位鍵點(diǎn)擊下載選擇Connect Under Reset通常能救回來。還有一個(gè)更實(shí)用的小技巧量產(chǎn)程序里也保留一路調(diào)試串口用跳線決定是否輸出日志。這樣在客戶現(xiàn)場出現(xiàn)通信問題時(shí)不需要重新燒錄程序只要把跳線插上就能通過日志定位是傳感器協(xié)議問題還是MCU側(cè)解析問題。這個(gè)習(xí)慣幫我省了很多出差成本。從STM32轉(zhuǎn)到HC32F4A0最核心的收獲不是多認(rèn)識了幾個(gè)外設(shè)API而是真正理解了一件事?lián)QMCU平臺不能只圖引腳兼容或者代碼能編譯過時(shí)鐘樹、中斷、外設(shè)寄存器這些東西都得重新建立認(rèn)知模型。10個(gè)USART確實(shí)好用但前提是把它當(dāng)成一個(gè)新平臺認(rèn)真對待。如果你正準(zhǔn)備做類似遷移我希望這些踩坑記錄能讓你少走幾步彎路尤其是那10路串口規(guī)劃好配置表之后真的一路通、路路通。 從STM32遷移到HC32F4A0：10路USART多串口項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)與踩坑記錄
去年年底接了一個(gè)工業(yè)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)的項(xiàng)目最開始用的是STM32F407功能也基本能跑但量產(chǎn)成本壓力一來MCU這顆料就成了必須動(dòng)刀的地方。對比了一輪國產(chǎn)替代方案之后最后選了華大半導(dǎo)體HC32F4A0。原因不復(fù)雜同樣是Cortex-M4F核心資源甚至比F407更闊氣10個(gè)USART對多串口采集類項(xiàng)目來說太有吸引力了。但真從STM32切過去過程并沒有想象中順利特別是USART這部分前前后后踩了不少坑。如果你也打算從STM32遷移到HC32F4A0或者正在為多串口項(xiàng)目選型這篇內(nèi)容應(yīng)該能幫你省掉不少調(diào)試時(shí)間。我盡量按實(shí)際踩坑的順序?qū)懓褧r(shí)鐘、GPIO復(fù)用、中斷、DMA、波特率計(jì)算這些關(guān)鍵點(diǎn)都過一遍尤其是10個(gè)USART怎么統(tǒng)一管理。文章里的代碼是基于當(dāng)前華大官方DDL庫寫的不同SDK版本的函數(shù)名可能略有差異但核心思路通用。1. 為什么從STM32轉(zhuǎn)戰(zhàn)HC32F4A01.1 項(xiàng)目背景與選型理由這個(gè)項(xiàng)目是一臺邊緣采集網(wǎng)關(guān)上面要接8路RS485傳感器、1路RS232調(diào)試口、1路RS232工業(yè)儀表另外還要預(yù)留以太網(wǎng)和USB。最開始用STM32F407做原型驗(yàn)證功能確實(shí)能跑通但看串口資源的時(shí)候就有點(diǎn)難受F407的串口數(shù)量在當(dāng)時(shí)的封裝下不夠用還得分出USART做調(diào)試和協(xié)議解析最后不得不用SPI外掛擴(kuò)展串口芯片成本和PCB面積都上去了。后來拿到HC32F4A0的規(guī)格書第一眼被它的串口數(shù)量吸引。10個(gè)USART意味著我可以把一路調(diào)試口、一路RS232儀表口、八路RS485全部用硬件串口搞定不再需要擴(kuò)展芯片。除了串口數(shù)量它還保留了M4F的FPU和DSP指令跑Modbus RTU、邊緣協(xié)議解析、浮點(diǎn)溫濕度計(jì)算都夠用。再加上華大在工業(yè)控制領(lǐng)域的穩(wěn)定供貨和價(jià)格優(yōu)勢這個(gè)替換就順理成章了。當(dāng)然選型不能只看串口多。我對照過HC32F4A0和STM32F407的關(guān)鍵資源這里列一張表方便你快速判斷資源項(xiàng)STM32F407我原來的型號HC32F4A0我實(shí)際用的型號內(nèi)核Cortex-M4F主頻168MHzCortex-M4F主頻最高240MHzFlash最高1MB最高2MBSRAM128KB 64KB CCM384KB級別串口資源數(shù)量偏緊型號不同有差異10個(gè)USART可靈活配置為UART模式以太網(wǎng)部分型號帶MAC部分型號帶MAC配置要按具體封裝查工業(yè)外設(shè)常規(guī)偏工業(yè)控制場景定時(shí)器、模擬外設(shè)豐富所以我的結(jié)論是如果你的項(xiàng)目里串口數(shù)量超過6路而且對成本比較敏感HC32F4A0確實(shí)值得試。但值得試不代表能無縫移植因?yàn)樗耐庠O(shè)架構(gòu)、驅(qū)動(dòng)庫風(fēng)格和STM32差別很大尤其是GPIO復(fù)用和時(shí)鐘樹這兩塊。1.2 遷移前先想清楚的問題從STM32到HC32F4A0不是簡單把芯片型號改一下、函數(shù)名字換一下就行的。我第一次拿到開發(fā)板時(shí)習(xí)慣性地按STM32的思路去初始化USART配置GPIO、開啟外設(shè)時(shí)鐘、調(diào)波特率、使能收發(fā)。結(jié)果完全沒反應(yīng)串口助手一個(gè)字節(jié)都收不到。后來才發(fā)現(xiàn)HC32F4A0的外設(shè)時(shí)鐘默認(rèn)很多都是關(guān)閉的而且GPIO的復(fù)用功能配置方式和STM32完全不一樣。STM32的HAL庫里有GPIO_InitTypeDef把引腳模式設(shè)置成GPIO_MODE_AF_PP再指定Alternate就完了HC32F4A0則是用GPIO_SetFunc這樣的函數(shù)把某個(gè)引腳直接切換成特定外設(shè)功能。這個(gè)思路差異不大但細(xì)節(jié)很磨人因?yàn)槟悴徊橐_復(fù)用表根本寫不對。另外還有一個(gè)坑STM32的調(diào)試器默認(rèn)能連SWD和JTAG而華大這顆料如果恰好把串口引腳和其他功能復(fù)用在調(diào)試腳上配置完之后調(diào)試器可能直接連不上。我在后面專門講引腳復(fù)用時(shí)再展開。2. 遷移前必須知道的架構(gòu)差異2.1 時(shí)鐘樹差異是第一個(gè)坑STM32的老玩家都知道SystemInit之后只要把RCC的PLL配好外設(shè)時(shí)鐘基本不用管HAL庫會(huì)自動(dòng)把APB1、APB2的時(shí)分頻處理好。HC32F4A0不一樣它的外設(shè)時(shí)鐘更像手動(dòng)擋你要用哪個(gè)外設(shè)必須先在SYSCTRL里把對應(yīng)外設(shè)的時(shí)鐘開關(guān)打開然后再確認(rèn)這個(gè)外設(shè)掛在哪個(gè)時(shí)鐘總線上。華大官方DDL庫一般會(huì)有類似這樣的操作SYSCTRL_ClkEnable(SYSCTRL_CLK_USART0);這行代碼放在USART初始化前面很多人會(huì)漏。如果漏掉后面所有USART_UART_Init、USART_WriteData調(diào)用都不生效而且不容易排查因?yàn)榫幾g不報(bào)錯(cuò)寄存器也像是能寫實(shí)際上模塊根本沒跑起來。還有一個(gè)容易忽略的點(diǎn)USART的波特率計(jì)算依賴外設(shè)時(shí)鐘不同型號或不同封裝下USART可能掛在PCLK0上也可能掛在PCLK1上兩個(gè)時(shí)鐘頻率不一定一樣。后面我會(huì)專門講波特率坑這里先記住一句話先查芯片手冊里的時(shí)鐘樹再寫USART初始化代碼。2.2 GPIO與復(fù)用功能配置方式不同在STM32上把一個(gè)引腳變成USART1_TX一般是這樣GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct {0}; GPIO_InitStruct.Pin GPIO_PIN_9; GPIO_InitStruct.Mode GPIO_MODE_AF_PP; GPIO_InitStruct.Pull GPIO_PULLUP; GPIO_InitStruct.Speed GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH; GPIO_InitStruct.Alternate GPIO_AF7_USART1; HAL_GPIO_Init(GPIOA, GPIO_InitStruct);到了HC32F4A0DDL的寫法是GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, GPIO_FUNC_USART0_TX); GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_10, GPIO_FUNC_USART0_RX);看起來只是換了個(gè)函數(shù)名但關(guān)鍵是第三個(gè)參數(shù)。GPIO_FUNC_USART0_TX這類宏定義不是所有外設(shè)都有統(tǒng)一名字你得在SDK的頭文件里查或者對照數(shù)據(jù)手冊里的引腳功能復(fù)用表找。這塊最煩的是同一個(gè)USART可能支持多組引腳比如USART0_TX既可能出現(xiàn)在PA09也可能出現(xiàn)在PB10不同封裝支持的組還不一樣必須仔細(xì)看你的芯片封裝引腳排列。我建議在畫原理圖之前就把所有需要的串口引腳在Excel里排一遍先排除掉和SWD、以太網(wǎng)、晶振引腳沖突的情況。否則等到PCB打樣回來再改引腳工程量會(huì)非常大。2.3 中斷系統(tǒng)與NVIC邏輯要重寫STM32用HAL庫時(shí)中斷處理函數(shù)是固定的比如USART1_IRQHandler。HC32F4A0也類似但中斷使能、掛起清除的細(xì)節(jié)有區(qū)別。我踩過的一個(gè)典型坑是接收中斷標(biāo)志位的清除方式不一樣如果在中斷里順手調(diào)了一個(gè)清標(biāo)志函數(shù)反而可能會(huì)導(dǎo)致下一個(gè)字節(jié)進(jìn)不來或者連續(xù)進(jìn)中斷造成死循環(huán)。所以遷移時(shí)不要照著STM32的中斷代碼硬套必須先看HC32F4A0的數(shù)據(jù)手冊里關(guān)于USART中斷標(biāo)志位的說明尤其是讀數(shù)據(jù)寄存器和清除標(biāo)志位的先后關(guān)系。很多外設(shè)中斷標(biāo)志是讀寄存器時(shí)自動(dòng)清掉的你再去手動(dòng)清一次容易出問題。后面第5章我會(huì)把這個(gè)坑的實(shí)戰(zhàn)場面講一遍。3. 十個(gè)USART的資源分布與初始化思路3.1 HC32F4A0的USART外設(shè)資源HC32F4A0的串口都叫USART但實(shí)際用法上經(jīng)常跑成UART模式也就是異步收發(fā)不輸出時(shí)鐘信號。很多剛接觸的人會(huì)被名字嚇到其實(shí)不用擔(dān)心USART本身是支持同步模式的但我們在RS232、RS485、Modbus這類場景里基本只用異步模式。這里把USART、UART、I2C、SPI這幾個(gè)常見串行接口的區(qū)別順手放一下方便新手理解協(xié)議方向需要幾根線有沒有時(shí)鐘線典型用途USART/UART全雙工異步為主2根TX/RX或4根帶流控異步時(shí)不需要同步時(shí)有一根CLKRS232、RS485、調(diào)試口I2C半雙工2根SDA/SCLSCL由主機(jī)產(chǎn)生傳感器、EEPROMSPI全雙工3根或4根SCK由主機(jī)產(chǎn)生Flash、LCD、SD卡回到HC32F4A0我實(shí)際用到的串口數(shù)量是10路。DDL里一般會(huì)提供stc_usart_uart_init_t這樣的結(jié)構(gòu)體初始化時(shí)把波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位填進(jìn)去然后調(diào)USART_UART_Init。如果你只用UART異步模式就不需要關(guān)心同步模式的CLK引腳和時(shí)鐘極性配置。3.2 用一張表一個(gè)結(jié)構(gòu)體管理全部串口10個(gè)串口如果每個(gè)都單獨(dú)寫一套初始化代碼代碼量會(huì)爆炸而且維護(hù)麻煩。我最開始寫USART0的時(shí)候確實(shí)老老實(shí)實(shí)復(fù)制了五遍后來要加第8路傳感器時(shí)徹底受不了改成了一張配置表加循環(huán)初始化的結(jié)構(gòu)。先定義串口配置結(jié)構(gòu)體typedef struct { M4_USART_TypeDef *usart; // USART 外設(shè)寄存器基地址 IRQn_Type irq; // 中斷號 uint32_t baud; // 波特率 uint8_t txPort; // TX引腳所在端口 uint16_t txPin; // TX引腳 uint8_t rxPort; // RX引腳所在端口 uint16_t rxPin; // RX引腳 uint8_t txFunc; // TX復(fù)用功能編號 uint8_t rxFunc; // RX復(fù)用功能編號 } HcUsartCfg;然后建一張全局配置表把10路串口的信息都放進(jìn)去static const HcUsartCfg g_usart_config[] { { USART0, USART0_IRQn, 115200, GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_10, GPIO_FUNC_USART0_TX, GPIO_FUNC_USART0_RX }, { USART1, USART1_IRQn, 9600, GPIO_PORT_B, GPIO_PIN_03, GPIO_PORT_B, GPIO_PIN_04, GPIO_FUNC_USART1_TX, GPIO_FUNC_USART1_RX }, // ... 其他串口按實(shí)際原理圖填充 };初始化函數(shù)就可以統(tǒng)一循環(huán)處理void HcUsart_InitAll(void) { for (uint8_t i 0; i USART_NUM_MAX; i) { SYSCTRL_ClkEnable(g_usart_config[i].usart); GPIO_SetFunc(g_usart_config[i].txPort, g_usart_config[i].txPin, g_usart_config[i].txFunc); GPIO_SetFunc(g_usart_config[i].rxPort, g_usart_config[i].rxPin, g_usart_config[i].rxFunc); stc_usart_uart_init_t uartInit; memset(uartInit, 0, sizeof(uartInit)); uartInit.u32Baudrate g_usart_config[i].baud; uartInit.enDataBits USART_DATABITS_8; uartInit.enParity USART_PARITY_NONE; uartInit.enStopBits USART_STOPBIT_1; USART_UART_Init(g_usart_config[i].usart, uartInit); USART_FuncCmd(g_usart_config[i].usart, USART_FUNC_RX | USART_FUNC_TX, ENABLE); } }這樣以后要改某一路的波特率或者換引腳只需要改這一張表不用在代碼里翻來翻去。10路串口的項(xiàng)目配置表就是最好的活文檔。3.3 引腳復(fù)用查表比看寄存器更快第一次配置HC32F4A0引腳時(shí)我犯了經(jīng)驗(yàn)主義錯(cuò)誤以為可以直接翻STM32CubeMX自動(dòng)生成的代碼找規(guī)律。結(jié)果HC32F4A0沒有對應(yīng)的圖形化配置工具或者至少不能完全替代數(shù)據(jù)手冊。正確的做法是打開對應(yīng)型號的數(shù)據(jù)手冊找到GPIO功能復(fù)用列表然后按功能查引腳。舉個(gè)例子你要找USART2_TX就別靠記憶硬背先確認(rèn)自己的封裝型號然后在復(fù)用表里搜索USART2_TX看它能出現(xiàn)在哪幾個(gè)引腳上再根據(jù)PCB布局選一組不沖突的。這里有個(gè)很關(guān)鍵的原則所有串口接收引腳最好優(yōu)先選帶外部中斷能力的如果暫時(shí)用不到DMA至少中斷接收要可靠。另外提醒一句HC32F4A0的SDK頭文件里關(guān)于GPIO復(fù)用功能的宏非常多直接用GPIO_FUNC_USART0_TX這種宏反而比寫數(shù)字可靠。如果你在代碼里看到一個(gè)類似GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, 6)的數(shù)字這個(gè)6就是復(fù)用功能編號具體含義必須去手冊里查別亂猜。4. USART實(shí)戰(zhàn)配置從基礎(chǔ)收發(fā)到中斷DMA4.1 最基礎(chǔ)的輪詢收發(fā)跑通第一路串口不管后面用不用中斷我建議第一路串口先用輪詢方式跑通這樣方便驗(yàn)證時(shí)鐘、引腳、波特率這些基礎(chǔ)配置是不是對的。以USART0為例完整初始化流程是三步開外設(shè)時(shí)鐘、配引腳復(fù)用、配串口參數(shù)。void Usart0_PollingInit(void) { stc_usart_uart_init_t stcUartInit; SYSCTRL_ClkEnable(SYSCTRL_CLK_USART0); GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_09, GPIO_FUNC_USART0_TX); GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_10, GPIO_FUNC_USART0_RX); memset(stcUartInit, 0, sizeof(stcUartInit)); stcUartInit.u32Baudrate 115200u; stcUartInit.enDataBits USART_DATABITS_8; stcUartInit.enParity USART_PARITY_NONE; stcUartInit.enStopBits USART_STOPBIT_1; USART_UART_Init(USART0, stcUartInit); USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_RX, ENABLE); USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_TX, ENABLE); }然后寫兩個(gè)最簡單的收發(fā)函數(shù)。如果只是想打個(gè)字符出來可以像下面這樣void Usart0_PutChar(uint8_t ch) { while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_TX_EMPTY) RESET) { // 等待發(fā)送寄存器空 } USART_WriteData(USART0, ch); } uint8_t Usart0_GetChar(void) { while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_RX_NOT_EMPTY) RESET) { // 等待接收數(shù)據(jù) } return (uint8_t)USART_ReadData(USART0); }不要覺得輪詢收發(fā)簡單就沒價(jià)值這個(gè)階段能幫你確認(rèn)三件事外設(shè)時(shí)鐘有沒有開、引腳復(fù)用選沒選對、波特率配置是否合理。只要這三項(xiàng)有任何一項(xiàng)不對輪詢模式馬上會(huì)暴露問題。4.2 中斷收發(fā)與空閑檢測不掉數(shù)據(jù)的方案輪詢收發(fā)跑通后再上中斷。中斷接收的好處是MCU不用一直在那邊死等收到數(shù)據(jù)后自動(dòng)進(jìn)中斷把數(shù)據(jù)放進(jìn)緩沖區(qū)主循環(huán)再去做協(xié)議解析。使能接收中斷的代碼大致是USART_IntCmd(USART0, USART_INT_RX_NOT_EMPTY, ENABLE); NVIC_EnableIRQ(USART0_IRQn);中斷服務(wù)函數(shù)里我習(xí)慣只做一件事把數(shù)據(jù)讀出來放進(jìn)接收緩沖區(qū)。不要在中斷里做協(xié)議解析、字符串拼接、printf這類耗時(shí)操作否則高速串口很容易丟數(shù)據(jù)。volatile uint8_t rx_buf[512]; volatile uint16_t rx_len 0; void USART0_IRQHandler(void) { if (USART_GetIntStatus(USART0, USART_INT_RX_NOT_EMPTY) ! RESET) { uint8_t data (uint8_t)USART_ReadData(USART0); if (rx_len sizeof(rx_buf)) { rx_buf[rx_len] data; } } }這段代碼有一個(gè)問題如果某幀數(shù)據(jù)中間間隔較長主循環(huán)怎么知道一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)收完了在串口通信里常見做法是把幀頭幀尾設(shè)計(jì)好比如Modbus RTU就是靠3.5個(gè)字符時(shí)間間隔來判斷幀結(jié)束。如果在HC32F4A0上做類似設(shè)計(jì)可以額外使能空閑中斷?？臻e中斷表示接收線上已經(jīng)空閑了一段事件大概率就是一幀數(shù)據(jù)到達(dá)完畢主循環(huán)這時(shí)再去解析緩沖區(qū)邏輯會(huì)清晰很多。當(dāng)然如果SDK版本里的空閑中斷API名稱不一樣使用前一定要查頭文件。實(shí)在沒有空閑中斷也可以用定時(shí)器做超時(shí)判斷效果類似只是CPU占用會(huì)稍微高一點(diǎn)。4.3 DMA收發(fā)大數(shù)據(jù)量才安全10路串口如果都靠CPU中斷去搬運(yùn)數(shù)據(jù)其實(shí)壓力也不小尤其是波特率拉到921600甚至更高的時(shí)候。我的做法是對數(shù)據(jù)量大的串口啟用DMA接收數(shù)據(jù)量小但實(shí)時(shí)性要求高的串口保留普通中斷接收。DMA在HC32F4A0上的基本用法核心是把外設(shè)數(shù)據(jù)寄存器地址配成源地址把內(nèi)存緩沖區(qū)地址配成目的地址然后指定傳輸長度DMA_SetSrcAddr(DMA_CH0, (uint32_t)USART0-DR); DMA_SetDstAddr(DMA_CH0, (uint32_t)rx_dma_buf); DMA_SetTransferCnt(DMA_CH0, RX_BUF_SIZE); DMA_EnableChannelInt(DMA_CH0); DMA_Start(DMA_CH0);這里有三個(gè)要注意的點(diǎn)。第一DMA通道不是隨意選的要看DMA請求映射表不是所有USART都能同時(shí)復(fù)用同一個(gè)DMA通道。第二緩沖區(qū)長度要和DMA傳輸長度一致否則傳輸完一輪后沒有及時(shí)重裝后續(xù)數(shù)據(jù)就丟了。第三DMA模式和中斷接收的緩沖區(qū)管理不太一樣DMA到達(dá)設(shè)定長度會(huì)產(chǎn)生中斷你不一定要把一幀數(shù)據(jù)整個(gè)收完才去處理可以配合半滿中斷數(shù)據(jù)量到一半時(shí)先處理前半段速度會(huì)快很多。DMA首戰(zhàn)容易踩的坑是把源地址和目的地址寫反了結(jié)果串口收到的全是0xFF或者亂碼。排查時(shí)先看DMA的狀態(tài)寄存器再檢查地址配置不要一上來就懷疑波特率。5. 踩坑實(shí)錄與排查心得5.1 波特率不對先查外設(shè)時(shí)鐘搬到HC32F4A0后第一路串口的波特率問題讓我折騰了一個(gè)晚上?，F(xiàn)象很典型115200波特率的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)到電腦上全是亂碼但用示波器抓TX引腳波形又確實(shí)有數(shù)據(jù)在跳變只是高低電平寬度不對。我一開始懷疑是時(shí)鐘樹配置里PLL倍頻沒有生效反復(fù)看了好幾遍PLL配置頻率都對。后來才意識到問題出在USART外設(shè)時(shí)鐘源上我配置的波特率換算公式里用到的外設(shè)時(shí)鐘和我實(shí)際給USART提供的時(shí)鐘根本不是同一個(gè)。用公式表達(dá)一下波特率換算通常是UBRR PCLK / (16 * BAUD)或者8倍過采樣時(shí)用UBRR PCLK / (8 * BAUD)如果我以為是120MHz的PCLK但USART實(shí)際掛在8MHz的HRC內(nèi)部時(shí)鐘上那么UBRR算出來的值會(huì)偏小實(shí)際波特率會(huì)偏大偏差超過8%串口必然亂碼。正確做法是查芯片手冊里USART掛在哪個(gè)時(shí)鐘樹下再確保SYSCTRL_ClkEnable和時(shí)鐘源切換都正確。這個(gè)坑在STM32上很少遇到因?yàn)樵赟TM32的默認(rèn)配置里外設(shè)時(shí)鐘樹已經(jīng)被CubeMX拖好了。5.2 發(fā)送卡死在等待標(biāo)志位第二個(gè)坑出現(xiàn)在發(fā)送函數(shù)里。用輪詢方式發(fā)送時(shí)如果連續(xù)發(fā)大量數(shù)據(jù)偶爾會(huì)卡死在while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_TX_EMPTY) RESET)這個(gè)循環(huán)里。一開始我以為是軟件死循環(huán)后來仔細(xì)看數(shù)據(jù)手冊才發(fā)現(xiàn)問題出在我發(fā)送完一包數(shù)據(jù)后想立刻關(guān)閉TX功能來省電。當(dāng)時(shí)我的代碼邏輯是發(fā)送完最后一批數(shù)據(jù)立刻調(diào)用USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_TX, DISABLE);。看起來沒什么問題但發(fā)送完最后一個(gè)字節(jié)后數(shù)據(jù)雖然寫進(jìn)了數(shù)據(jù)寄存器移位寄存器可能還沒有把數(shù)據(jù)完全移出。這時(shí)候關(guān)閉TX功能等于把最后一個(gè)字節(jié)的半截信號直接切斷了導(dǎo)致下一次發(fā)送狀態(tài)標(biāo)志沒被正確喚醒卡死在等待里。解決辦法是發(fā)送完一包后不要立刻關(guān)TX。如果確實(shí)需要低功耗等發(fā)送完成標(biāo)志置位后再關(guān)閉while (USART_GetStatus(USART0, USART_FLAG_TX_COMPLETE) RESET) { // 等待移位寄存器移完 } USART_FuncCmd(USART0, USART_FUNC_TX, DISABLE);這里有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)**能等發(fā)送完成標(biāo)志就盡量等不要只等發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空。**數(shù)據(jù)寄存器空只代表數(shù)據(jù)從CPU這邊拿走了不代表物理線上的電平已經(jīng)發(fā)完了。5.3 中斷標(biāo)志位清除順序不能亂這個(gè)坑是在調(diào)第3路串口的時(shí)候發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)接收中斷很不穩(wěn)定經(jīng)常收一個(gè)字節(jié)之后就再也不進(jìn)中斷下一包數(shù)據(jù)只有復(fù)位后才能繼續(xù)收。我用調(diào)試器查看中斷狀態(tài)寄存器發(fā)現(xiàn)RX標(biāo)志位一直是置1的好像中斷一直處于觸發(fā)狀態(tài)但程序沒有進(jìn)入中斷服務(wù)函數(shù)。翻了半天SDK源碼最終確認(rèn)問題出在手動(dòng)清標(biāo)志。HC32F4A0的USART接收寄存器在讀數(shù)據(jù)時(shí)通常會(huì)自動(dòng)清掉RX標(biāo)志位但我在中斷服務(wù)函數(shù)里習(xí)慣性地調(diào)了一個(gè)清除中斷標(biāo)志的API先把這個(gè)標(biāo)志清了再去讀數(shù)據(jù)寄存器。結(jié)果數(shù)據(jù)還沒讀出來標(biāo)志已經(jīng)被清掉硬件判斷這個(gè)中斷已經(jīng)被處理后續(xù)字節(jié)就只能等下一個(gè)中斷事件觸發(fā)?？雌饋硎俏乙詾榍辶似鋵?shí)清了等于白清。正確做法是按數(shù)據(jù)手冊推薦的順序先讀數(shù)據(jù)寄存器讓硬件自動(dòng)清狀態(tài)標(biāo)志如果需要再手動(dòng)清除其他狀態(tài)位。千萬別把STM32里先清標(biāo)志再讀數(shù)據(jù)的習(xí)慣帶過來不同芯片的中斷標(biāo)志清法真的不一樣。5.4 10路串口的中斷優(yōu)先級分配串口一多中斷優(yōu)先級分配就變成性能瓶頸。我把10路串口全部使能接收中斷之后最開始只是隨便設(shè)了幾個(gè)優(yōu)先級結(jié)果發(fā)現(xiàn)低優(yōu)先級的串口偶爾丟字節(jié)。原因是高優(yōu)先級中斷長時(shí)間占用CPU時(shí)低優(yōu)先級串口的接收緩沖被覆蓋硬件FIFO又在溢出邊緣瘋狂丟數(shù)據(jù)。后來我按數(shù)據(jù)重要程度重新分配優(yōu)先級。調(diào)試口和數(shù)據(jù)量最大的串口給搶占優(yōu)先級0普通傳感器串口給1或2不重要的擴(kuò)展串口給3。同時(shí)把NVIC分組配置成搶占優(yōu)先級數(shù)量比較多的一種NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITY_GROUP_4); NVIC_SetPriority(USART0_IRQn, 0); NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 1); NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 1); // ...這里有個(gè)細(xì)節(jié)如果10路串口的接收數(shù)據(jù)最終都要交給同一個(gè)協(xié)議解析模塊那中斷里最好只收數(shù)據(jù)進(jìn)環(huán)形隊(duì)列優(yōu)先級只影響收包實(shí)時(shí)性不影響解析正確性。真正怕的是高優(yōu)先級中斷里的協(xié)議處理函數(shù)調(diào)用太長時(shí)間導(dǎo)致低優(yōu)先級串口FIFO溢出。所以中斷服務(wù)函數(shù)越短越好能放到主循環(huán)做的事情別放到中斷里做。5.5 常見問題速查表調(diào)試10路串口的過程中我把遇到的問題整理成了一張速查表后面排查效率提高不少。現(xiàn)象可能原因處理方式串口完全沒反應(yīng)外設(shè)時(shí)鐘沒開調(diào)用SYSCTRL_ClkEnable確認(rèn)時(shí)鐘樹配置波特率亂碼外設(shè)時(shí)鐘源和波特率公式不一致查PCLK來源確認(rèn)UBRR計(jì)算用的時(shí)鐘首字節(jié)丟失初始化后立即發(fā)送發(fā)送狀態(tài)未穩(wěn)定初始化后加短延時(shí)或先讀一次狀態(tài)寄存器接收中斷進(jìn)不去RX中斷沒使能或標(biāo)志位被錯(cuò)誤清除檢查USART_IntCmd注意讀數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)清標(biāo)志發(fā)送卡死等待了不正確的發(fā)送標(biāo)志或提前關(guān)閉TX等待TX_COMPLETE不要發(fā)完立刻關(guān)外設(shè)DMA收到全0xFFDMA源地址/目的地址寫反檢查DMA地址配置先讀DMA狀態(tài)寄存器引腳復(fù)用沖突兩個(gè)外設(shè)配置了同一個(gè)引腳查引腳復(fù)用表換用其他可用引腳調(diào)試器連不上串口或其他外設(shè)復(fù)用了SWD引腳先斷開其他外設(shè)或用Connect Under Reset這張表其實(shí)不只在HC32F4A0上適用只要是類UART外設(shè)很多排查思路都是通用的。6. 調(diào)試工具與工作流建議6.1 邏輯分析儀才是串口調(diào)參神器多串口項(xiàng)目調(diào)試我強(qiáng)烈建議準(zhǔn)備一臺8通道以上的邏輯分析儀。串口助手只能看到某一根串口線發(fā)過來的數(shù)據(jù)但當(dāng)系統(tǒng)里同時(shí)有10路USART在工作需要確認(rèn)某路波形是否正確、波特率有沒有偏差、引腳復(fù)用有沒有沖突時(shí)邏輯分析儀一抓一個(gè)準(zhǔn)。我有一次排查某路傳感器偶發(fā)亂碼串口助手看到的是半小時(shí)出一次亂碼完全沒法定位。后來用邏輯分析儀同時(shí)掛上傳感器TX和MCU的RX引腳才發(fā)現(xiàn)那個(gè)傳感器上電瞬間會(huì)有幾十毫秒的電平抖動(dòng)MCU在初始化時(shí)誤收了一個(gè)字節(jié)。這個(gè)問題靠串口助手很難發(fā)現(xiàn)但邏輯分析儀一眼就能看出來。HC32F4A0的USART基本都是TTL電平可以直接用邏輯分析儀測量不需要加RS232轉(zhuǎn)TTL模塊。6.2 裸機(jī)狀態(tài)機(jī)還是RTOS10路串口一多很多人會(huì)想上RTOS用每個(gè)串口一個(gè)接收任務(wù)的方式。這個(gè)思路沒毛病但裸機(jī)方案在串口數(shù)據(jù)量不太大時(shí)反而更香。我的項(xiàng)目里大部分傳感器的上報(bào)周期是100ms一包每包幾十字節(jié)裸機(jī)中斷接收加主循環(huán)按幀解析完全夠用還省去了RTOS的任務(wù)調(diào)度開銷。如果堅(jiān)持上RTOS記得每一個(gè)串口的接收中斷里用xQueueSendFromISR或者信號量通知對應(yīng)任務(wù)不要在中斷里直接做延遲或阻塞操作。尤其當(dāng)10路串口同時(shí)涌入數(shù)據(jù)時(shí)RTOS調(diào)度頻繁如果中斷服務(wù)函數(shù)里出現(xiàn)阻塞整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間確定性會(huì)崩串口丟幀就是家常便飯。實(shí)際上我最后采用的是裸機(jī)超級循環(huán)的架構(gòu)中斷只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)塞進(jìn)環(huán)形隊(duì)列主循環(huán)按優(yōu)先級輪詢各路隊(duì)列解析出一幀完整數(shù)據(jù)后再分發(fā)到業(yè)務(wù)邏輯。這樣代碼量雖然比RTOS任務(wù)版本多一點(diǎn)但出問題好查復(fù)現(xiàn)概率也低。6.3 最后分享一個(gè)小技巧如果你在調(diào)試HC32F4A0的時(shí)候發(fā)現(xiàn)SWD連不上先別急著懷疑芯片壞了。絕大部分原因是引腳復(fù)用了可能是USART的TX/RX恰好和SWDIO、SWCLK共用也可能是調(diào)試口占用了啟動(dòng)配置引腳。我的做法是把調(diào)試串口固定在另外一組獨(dú)立IO上確保它不占用SWD引腳。萬一真遇到連不上的情況按住復(fù)位鍵點(diǎn)擊下載選擇Connect Under Reset通常能救回來。還有一個(gè)更實(shí)用的小技巧量產(chǎn)程序里也保留一路調(diào)試串口用跳線決定是否輸出日志。這樣在客戶現(xiàn)場出現(xiàn)通信問題時(shí)不需要重新燒錄程序只要把跳線插上就能通過日志定位是傳感器協(xié)議問題還是MCU側(cè)解析問題。這個(gè)習(xí)慣幫我省了很多出差成本。從STM32轉(zhuǎn)到HC32F4A0最核心的收獲不是多認(rèn)識了幾個(gè)外設(shè)API而是真正理解了一件事?lián)QMCU平臺不能只圖引腳兼容或者代碼能編譯過時(shí)鐘樹、中斷、外設(shè)寄存器這些東西都得重新建立認(rèn)知模型。10個(gè)USART確實(shí)好用但前提是把它當(dāng)成一個(gè)新平臺認(rèn)真對待。如果你正準(zhǔn)備做類似遷移我希望這些踩坑記錄能讓你少走幾步彎路尤其是那10路串口規(guī)劃好配置表之后真的一路通、路路通。