簡單實(shí)用的串口調(diào)試方式

方淼榮++錢光明

摘要：將一個(gè)模塊（如串口攝像頭）與STM32單片機(jī)通過接口相連時(shí)，一個(gè)重要程序調(diào)試手段是：經(jīng)單片機(jī)向模塊發(fā)一系列的命令，然后檢查模塊產(chǎn)生的有關(guān)應(yīng)答信息。該文以“WIFI圖片自動(dòng)拍攝和網(wǎng)絡(luò)傳送”這一設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，介紹了三個(gè)與串口有關(guān)的調(diào)試技巧：在中斷服務(wù)子程序中實(shí)現(xiàn)應(yīng)答信息的即收即發(fā)、設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)應(yīng)答信息的先存后發(fā)、以及用延時(shí)來暫代應(yīng)答信息的正確性判斷。實(shí)驗(yàn)效果證明了這三個(gè)技巧簡單、實(shí)用和有效。

關(guān)鍵詞：串口；模塊；應(yīng)答信息；轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-3044（2016）06-0234-02

1 引言

STM32單片機(jī)串口眾多，如USART1～USART5[1]。這些串口不但方便了我們進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且非常有利于程序調(diào)試。因?yàn)榭梢阅贸鲆粋€(gè)或幾個(gè)串口連接（或通過USB轉(zhuǎn)串口連接）PC機(jī)，顯示程序調(diào)試中的重要信息，這樣的串口下稱調(diào)試用串口。

利用串口來調(diào)試，利用串口來接模塊。我們將USART1作調(diào)試用串口，USART2串口接WIFI模塊Gainspan GS1011，USART3串口接攝像頭模塊PTC08，完成基于WIFI的圖片自動(dòng)拍攝和網(wǎng)絡(luò)傳送[2] [3]。無論對哪一個(gè)模塊，都需要一系列的命令才能完成有關(guān)操作，模塊對每一個(gè)命令一般都有相應(yīng)的應(yīng)答信息。應(yīng)答信息反映命令的執(zhí)行情況，決定程序下一步的走向。因此，應(yīng)答信息無疑是調(diào)試過程中非常重要的信息。實(shí)驗(yàn)中為了快速、初步地傳出圖像，基于應(yīng)答信息，我們采用了以下幾個(gè)簡單實(shí)用的調(diào)試技巧。

2 在中斷服務(wù)子程序中轉(zhuǎn)發(fā)——應(yīng)答信息即收即發(fā)

無論是單獨(dú)調(diào)試接串口的攝像頭，還是WIFI模塊，當(dāng)速率高至115200時(shí)，這一方法均比較有效。實(shí)驗(yàn)機(jī)型為STM32F103RC，系統(tǒng)時(shí)鐘72MHz，256kB Flash，48kB SRAM。以攝像頭調(diào)試為例說明之，圖1是連接示意。

圖中攝像頭接收單片機(jī)發(fā)來的指令（可以是單片機(jī)程序發(fā)出的也可是PC機(jī)發(fā)來的），然后依據(jù)指令向單片機(jī)應(yīng)答信息，這些應(yīng)答信息由USART1發(fā)向PC機(jī)顯示。對于這兩個(gè)串口而言，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)均采用查詢方式，接收數(shù)據(jù)時(shí)均以中斷方式進(jìn)行。圖2是發(fā)送數(shù)據(jù)流程（以USART1為例），圖3是接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序流程（以USART2為例）。

圖2中的TC意為“發(fā)送完成”。每次要發(fā)送數(shù)據(jù)之前，檢查一下上次是否發(fā)完，如果已發(fā)完，TC就為“1”，即可發(fā)送一新的字節(jié)。“先檢查TC后發(fā)字節(jié)”的操作會(huì)使TC清“0”。

圖3中的RXNE意為“接收非空”。一旦有數(shù)據(jù)到來，RXNE將為“1”，系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)入該中斷服務(wù)子程序，通過該子程序讀入一個(gè)字節(jié)。流程中判斷USART2的RXNE是否為“1”，可理解為如果是別的原因進(jìn)入中斷的話，需另作處理?！敖邮找粋€(gè)字節(jié)”這一讀操作使RXNE清“0”。

現(xiàn)在再看圖1。可通過圖2的方式向攝像頭發(fā)命令，那么，怎樣將攝像頭的應(yīng)答信息快速及時(shí)地顯示到PC機(jī)呢？只要在圖3的“接收一個(gè)字節(jié)”程序框后，將圖2所示的程序段加進(jìn)去即可。這樣就實(shí)現(xiàn)了：攝像頭如果有應(yīng)答信息發(fā)到STM32單片機(jī)的USART2口，單片機(jī)馬上被中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，該子程序讀入應(yīng)答信息，隨即轉(zhuǎn)到單片機(jī)的USART1口，由USART1發(fā)到PC機(jī)上顯示。非常有利于程序調(diào)試。

3 設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)——先緩存應(yīng)答信息

實(shí)時(shí)編程的一個(gè)主要原則是中斷服務(wù)子程序的執(zhí)行過程應(yīng)盡量短而快，單獨(dú)調(diào)試PTC08攝像頭時(shí)，圖1中的單片機(jī)沒接別的東西，上述“用中斷服務(wù)子程序轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)”的方法很有效。但是，如果系統(tǒng)并不像圖1那么簡單，如還接了WIFI模塊等裝置，或是開啟了別的中斷，那么，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性肯定會(huì)受影響，或造成某些數(shù)據(jù)丟失。此時(shí)，可以考慮中斷服務(wù)子程序保持如圖3所示不變，而設(shè)置緩沖區(qū)來進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。這樣的緩沖區(qū)稱為轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)。

仍以圖1、圖2和圖3為例，所謂設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)，就是在接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序中，只將攝像頭通過USART2發(fā)給STM32單片機(jī)的應(yīng)答信息先緩存起來，隨即退出該子程序，以后在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再通過USART1發(fā)向PC機(jī)顯示。這一緩沖區(qū)采用循環(huán)結(jié)構(gòu)，即如果放滿了，再從頭開始，那么，新數(shù)據(jù)會(huì)把老數(shù)據(jù)覆蓋掉。緩沖區(qū)會(huì)耗費(fèi)寶貴的內(nèi)存，但如果設(shè)得太小，丟失的信息會(huì)過多。對于程序的調(diào)試信息，顯示稍微慢一點(diǎn)也沒關(guān)系。攝像頭的應(yīng)答信息，個(gè)別的沒有顯示出來，但關(guān)鍵信息顯示成功的話，也是可以接受的。如PTC08初始化時(shí)，應(yīng)答信息除了“0x76 0x00 0x26 0x00”外還有一些版本信息，只要前者能正確在PC機(jī)上顯示，我們就基本認(rèn)為初始化是成功的，版本信息在送往PC機(jī)的過程中丟了一些關(guān)系也不大。

實(shí)驗(yàn)中采用過256～1024字節(jié)的轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)。下面以256字節(jié)為例來加以說明：

定義作為轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)的數(shù)組R2Buff[256]；

設(shè)一個(gè)循環(huán)計(jì)數(shù)變量R2num，用于指示R2Buff[ ]接收的字節(jié)數(shù)；

設(shè)一個(gè)指針TRpointer1，用于指示USART1發(fā)向PC機(jī)的字節(jié)數(shù)。

在USART2的接收數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序中，接收的字節(jié)存入R2Buff[ ]，每存一個(gè)，R2num加1，加到256時(shí)R2num清“0”。

主程序在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候安排向PC機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的指令，每轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)，TRpointer1加1，加到256時(shí)TRpointer1清“0”。

圖4是轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)及其指示變量示意圖。初始化時(shí)TRpointer1和R2num均指向R2Buff[0]。如果TRpointer1小于R2num，說明有新數(shù)據(jù)要發(fā)送；如果TRpointer1等于R2num，看作沒有新數(shù)據(jù)，無需發(fā)送。如果R2num的值從小到大趕上了TRpointer1，說明發(fā)送慢了，丟失了部分該顯示的應(yīng)答信息。

4 簡化應(yīng)答信息的正確性判斷——用延時(shí)來暫代

為了方便連接和編程，USART串口是很多功能模塊配備的接口之一，如上面談到的Gainspan GS1011和PTC08模塊。為了完成某類操作（下面以拍一張JPG照片為例），STM32單片機(jī)往往需要向這樣的一個(gè)模塊發(fā)幾個(gè)命令，對應(yīng)每一個(gè)命令，模塊一般都有一串應(yīng)答信息。較正規(guī)的編程方式是：向模塊發(fā)一個(gè)命令，等待模塊對該命令的應(yīng)答，判斷該應(yīng)答信息是否正確，如果正確的話可繼續(xù)發(fā)下一命令，……直至完成該類操作（如讀到一張完整的JPG圖片）。

調(diào)試過程中，為了快速得到結(jié)果，有時(shí)沒有必要對每一個(gè)命令的應(yīng)答信息做出正確與否的判斷，直接用延時(shí)子程序延時(shí)一定時(shí)間即可，因而可節(jié)省部分編程時(shí)間。因?yàn)橐话隳K產(chǎn)品都已經(jīng)過較完備的設(shè)計(jì)，應(yīng)答信息一般都是正確的，所以在調(diào)試階段，這樣用“延時(shí)”暫時(shí)代替“應(yīng)答信息的判斷”往往簡單而可行。

例如，發(fā)往PTC08的拍照命令是“0x56 0x00 0x36 0x01 0x00”，PTC08返回的應(yīng)答信息是“0x76 0x00 0x36 0x00 0x00”，如果正確收到了這樣的應(yīng)答信息，便可接著發(fā)下一個(gè)命令—“讀圖片長度”。調(diào)試中我們暫不去編程判斷這一串應(yīng)答信息，而是在發(fā)出拍照命令后，簡單地延時(shí)0.5秒，也收到了滿意的效果，后續(xù)命令均得以正確執(zhí)行，可以完整收到JPG照片。當(dāng)然，這種方法在最終設(shè)計(jì)中最好不用。延時(shí)短了模塊沒準(zhǔn)備好導(dǎo)致無法繼續(xù)下去，延時(shí)長了將影響響應(yīng)速度。另外，模塊發(fā)出應(yīng)答信息的時(shí)間隨自身的狀態(tài)也可能會(huì)有所改變。不過，調(diào)試過程中這仍然是一個(gè)好的手段。

5 結(jié)束語

STM32單片機(jī)提供了許多串口，方便了產(chǎn)品開發(fā)的同時(shí)，調(diào)試過程也可極大地受益。用別的接口連接模塊時(shí)，采用類似的思路應(yīng)該也是可以的。不過，一般最好還是通過串口（或USB轉(zhuǎn)串口）連接PC機(jī)來顯示應(yīng)答信息。如果直接用STM32單片機(jī)的USB接口與PC機(jī)的USB接口相連，程序結(jié)構(gòu)將復(fù)雜許多。

參考文獻(xiàn)：

[1] RM0008： STM32F101xx， STM32F102xx、STM32F103xx、STM32F105xx 和STM32F107xx，ARM內(nèi)核32位高性能微控制器. http：//www.st.com/

[2] GainSpan. GS1011M_Datasheet_rev_1_6. 2013.

[3] PTC08 串口攝像頭使用說明書. 譜泰通信科技，Revision 1.06. 2012. http：//www.putal.com.cn/.