实用STM32的串口控制平台的实现(建议收藏)

一种STM32的串口控制平台的实现

1. 前言

玩过Linux的朋友, 是不是对Linux无所不能的串口Shell命令控制台羡慕不已, 要是自己做的STM32F系列低档次的MCU也有这种控制交互能力, 会给调试/维护和配置省下多少麻烦事呀, 比如启动/关闭调试或自检模式, 打印调试信息, 配置系统参数, 传输文件等等, 也有相当多的朋友凭借自己出色的编程能力可以实现这些功能, 这里提出我的这个解决方案, 以作交流.

本平台(xc_shell)具备以下性能特点:

1) 大量主要代码, 和具体硬件无关, 移植性强,代码文件少.

2) 只有在处理用户的输入命令时, 才占用CPU资源, 且代码可裁剪到1KB SRAM和4KB Flash;

3) 用户可以非常灵活的添加按模板编写的命令脚本文件, 自定义扩张能力强.

4) 支持操作系统和非操作系统两种场景应用.

5) 支持Ymodem文件传输协议

6) 支持将Flash的扇区开辟为参数区, 可实现本地/远程升级。

7) 实用Led灯信号管理, 可将65535虚拟信号灯选择输出到1个实体LED灯上, 调试时序和状态非常有用

8) 拥有基础的LED管理, 调试模式设置, 命令帮助指令, 复位指令等基础功能 

功能越多设计会越复杂, 为了解释清楚代码, 先向大家解释一下以上功能的基础实现原理， 并提供一个最小的的源码工程。

2. xc_shell平台介绍

2.1 如何实现硬件无关

类比Linux会发现, 设备的硬件接口往往会被虚拟成一个文件(驱动), 而Linux内核完全与硬件系统无任何字节关联, 不同平台驱动不同而已, 故而本xc_shell的串口驱动也采用了相似的思路:

1) 串口驱动用一个结构体描述, 这样只需在xc_shell.c中用指针指向这个TTYx_HANDLE结构体对象就可以将串口(tty)硬件与内核联系在一起, 聪明的朋友可能会想到, 假如我将带网络的开发板按此结构体,虚拟一个TTY对象, 岂不是就可以实现一个网络远程控制台了!  这点确实是可以的!

2） 当然诸如多TTY串口实现接口互换等， 都是一个指针和step2中的注入回调处理交换的问题。

3）用户在使用api_TxdFrame或api_TxdByte时”bsp_ttyX.c“，会驱动具体MCU的串口将数据发送出去， 收到一帧数据后，若用户设置了inj_RcvFrame回调处理方法，则会在中断中执行用户的回调处理。

/*---------------------* *     指正函数定义*----------------------*/typedef void    (*pvFunDummy)(void);//输入整行,输出逻辑typedef void    (*pvFunVoid) (void);typedef void    (*pvFunBool) (bool     bVal);typedef void    (*pvFunChar) (uint8_t  cVal);typedef void    (*pvFunShort)(uint16_t sVal);typedef void    (*pvFunWord) (uint32_t wVal);//输入整行,输出逻辑typedef bool    (*pbFunVoid) (void);typedef bool    (*pbFunBool) (bool     bVal);typedef bool    (*pbFunChar) (uint8_t  cVal);typedef bool    (*pbFunShort)(uint16_t sVal);typedef bool    (*pbFunWord) (uint32_t wVal);//输入整形指针,输出逻辑typedef bool    (*pbFun_pVoid) (void * pVoid);typedef bool    (*pbFun_pChar) (uint8_t  * pStr);typedef bool    (*pbFun_pShort)(uint16_t * pShor);typedef bool    (*pbFun_pWord) (uint32_t * pWord);//输入数据帧,输出逻辑typedef bool    (*pbFun_Buffx)(void * pcBuff, uint16_t len );typedef bool    (*pbFun_Bytex)(uint8_t * pcByte, uint16_t len );/*---------------------* *    TTYx 句柄结构*----------------------*/typedef struct TTYx_HANDLE_STRUCT {    const char  * const name;       //驱动器名    const uint16_t      rxSize;     //接收大小    const uint16_t      txSize;     //发送大小        //------------------------------------------------------    //step1: 用户可用API    const pvFunWord     init;           //初始化.    const pbFun_Bytex   api_TxdFrame;   //发送数据帧. (发送帧)    const pbFunChar     api_TxdByte;    //发送数据字节        //------------------------------------------------------    //step2: 注入回调函数    pbFun_Bytex         inj_RcvFrame;   //(ISR)接收数据帧. (接收帧)    pvFunDummy          inj_TxdReady;   //(ISR)发送完毕回调        //------------------------------------------------------    //step3: 接收回调函数    struct TTYx_HANDLE_STRUCT * pvNext; //连接到下一个指令 }TTYx_HANDLE;

2) 可注入的命令脚本（CLI）实现

命令CLI也是一个结构体对象：

/*---------------------* *       CLI指令*----------------------*/typedef struct{const char * const  pcCmdStr;    //指令字符串(只能为小写字母)const char * const  pcHelpStr;    //指令描述,必须以:"\r\n结束". 比如:"help: Returns a list\r\n".const pFunHook      pxCmdHook;    //指向回调函数的指针,处理成功返回真否者返回0;uint8_t             ucExpParam;    //指令期望的参数个数const MEDIA_HANDLE *phStorage;      //指向存储介质,没有的话填充NULL  }Cmd_Typedef_t;

各位朋友可能会使用到非常多的自定义CLI命令， 格式诸如这个网卡的命令：

const Cmd_Typedef_t CLI_WizMsg={    //识别关键字    .pcCmdStr   = "wiz",    //帮助内容    .pcHelpStr  =    "[WIZ contorls]\r\n"" wiz help\r\n"" wiz rd info\r\n"" wiz reset\r\n"" wiz wr ip <D0>.<D1>.<D2>.<D3>\r\n"" wiz wr mask <D0>.<D1>.<D2>.<D3>\r\n"" wiz wr way <D0>.<D1>.<D2>.<D3>\r\n"" wiz wr mac <H0>-<H1>-<H2>-<H3>-<H4>-<H5>\r\n"" wiz wr port <udp> <bak> <vol> <pic>\r\n"" wiz wr sip <D0>.<D1>.<D2>.<D3> <port>\r\n"" wiz wr cip <D0>.<D1>.<D2>.<D3> <port>\r\n"" wiz load default\r\n""[WIZ Test mode]\r\n"" wiz loop open\r\n"" wiz loop close\r\n""\r\n",//处理函数.pxCmdHook  = &Shell_WIZ_Service,        //见实体函数//附带数据.ucExpParam = 0,  #ifdef SHELL_USE_YMODEM      //存储介质    .phStorage  = NULL,  #endif};/*---------------------* *       CLI 链表节*----------------------*/Cmd_List_t  WizList   = { &CLI_WizMsg,   NULL,}; //Shell指令的头

如配置IP地址输入“wiz wr ip 192.168.1.250\r\n”则可以了

3. 环境准备

3.1 硬件开发环境

STM32F103系列开发板一块， 带USART1接口。

USB转串口线一根。

3.2 软件开发环境

MDK4.72或以上

SecureCRT串口超级终端

3.3 软件配置

在xc_shell使用“/r/n”作为命令的结束符， 而SecureCRT按下Enter不是输入“/r/n”故而需要按下图设置：

此外在《终端》/仿真/高级中选取【本地回显】

4. 代码介绍

4.1 目录结构

□ XC_SHELL├──┬── BSP_LIB    BSP库，硬件相关驱动代买│  ├──── bsp_ledx.c   基础LED驱动      │  └──── bsp_tty0.c   调试串口驱动│├──┬──MDK-ARM     工程文件│  └──── Project.uvproj│├──┬──SHELL_CFG   SHELL配置头文件│  └──── user_eval.h│├──┬──SHELL_CORE  SHELL内核文件│  ├──── xc_shell.c   SHELL内核文件│  ├──── xc_ymodem.c  Ymodem传输协议（默认关闭，在xc_shell.h中启动）│  ├──── xc_iap.c     Flash的IAP操作，需要bsp_flash.c驱动支持│  └──── shell_iap.c  shell的用户脚本模板│├──┬──SHELL_INC   SHELL头文件│  ├──── bsp_type.h   驱动结构定义│  ├──── xc_shell.h   SHELL头文件│  └──── xconfig.h    硬件无关配置文件│├──┬──STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0  STM32的标准外设库│  └──── ......│└──┬──USER        用户文件       ├─ .....          └──── main.c        main文件

4.2 工程设置要点

1） 设置使用微库：

2）配置包含和路径，注意使用了“--c99”标准，如图

3） 编译工程，无错误警告后烧写程序到开发板运行。

4.3 最终效果

按图输入一下指令，SHELL平台会回复相关信息。其中输入“led set 0=1”会将信号1分配到物理LED0上； 输入“led set 0=2”会将信号2分配到物理LED0上。这样用户编写程序代码时相当于拥有了超级多的LED信号可用，调试时序非常有用。

5. 添加自己的指令脚本

5.1 源代码示例

假设我要编写一个自己的指令脚本， 来读取MCU的关键信息，关键字为mcu， 文件命名为shell_mcu.c； 当输入“mcu rd 0”时显示MCU的FLASH大小，输入“mcu rd 1”时读取MCU的唯一ID信息。

shell_mcu.c源代码：

/*********************************Copyright (c)***********************************                               **                                 FIVE工作组****---------------------------------File Info------------------------------------** File Name:               shell_mcu.c** Last modified Date:      2017/9/17 15:13:57** Last Version:            V1.0** Description:             shell测试****------------------------------------------------------------------------------** Created By:              wanxuncpx** Created date:            2017/9/17 15:14:08** Version:                 V1.0** Descriptions:            none**------------------------------------------------------------------------------** HW_CMU:                  STM32F103** Libraries:               STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0** version                  V3.5*******************************************************************************//******************************************************************************更新说明:******************************************************************************//***************************************************************************************************************  编 译 控 制 **************************************************************************************************************/#define MCU_SHELL               //注释掉时屏蔽iap shell功能#include "xc_shell.h"       //Shell支持文件,含bool,uint8_t..以及串口数据收发操作/*************************************************************************************************************** 文件引用部分 **************************************************************************************************************//*---------------------* *     模块驱动引用*----------------------*///#include "net_w5500.h"#ifdef MCU_SHELL/**************************************************************************************************************** Shell实例 ****************************************************************************************************************//*---------------------* *      CLI指令服务*----------------------*/extern bool Shell_MCU_Service(void * pcBuff, uint16_t len );/*---------------------* *       CLI 结构*----------------------*/const Cmd_Typedef_t CLI_McuMsg={    //识别关键字    "mcu",        //帮助内容"[mcu contorls]\r\n"" mcu rd <d>\t\t- Read FLASH information.\r\n""\r\n",//处理函数&Shell_MCU_Service,//附带数据0,  #ifdef SHELL_USE_YMODEM      //存储介质    NULL,  #endif};/*---------------------* *     CLI链表节(输出)*----------------------*/Cmd_List_t  McuList  = {&CLI_McuMsg      ,NULL}; //IAP指令链表/*************************************************************************************************************** 函 数 声 明 ***************************************************************************************************************//******************************************************************************/ 函数功能:STM32F103控制函数/ 修改日期:2015/7/14 20:22:02/ 输入参数:none/ 输出参数:none/ 使用说明:需要执行约10s******************************************************************************/static bool FLASH_ioctl(uint8_t cmd,void * param){    #define UID_ADDR            0x1FFFF7E0  //闪存容量寄存器,值对应KB单位    #define MAC_ADDR            0x1FFFF7E8  //MCU的唯一ID号,共12个字节    #define UID_SIZE            2           //UID的字节数    #define MAC_SIZE            12          //MAC的字节数    //step1: 检查参数    if(!param)return false;            //step2: 处理数据    switch(cmd){      case 0 : {       //获取FLASH的的UID        uint16_t * ptDst = (uint16_t *)((uint32_t)param+1);                *ptDst = *(uint16_t *)UID_ADDR;        *(uint8_t  *)param =  UID_SIZE;        return true;      }      case 1 : {       //获取芯片的MAC地址        uint32_t * ptDst = (uint32_t *)((uint32_t)param+1);        uint32_t * ptSrc = (uint32_t *)MAC_ADDR;            *ptDst++ = *ptSrc++;        *ptDst++ = *ptSrc++;        *ptDst++ = *ptSrc++;        *(uint8_t  *)param = MAC_SIZE;        return true;      }      default:return false;    }}/******************************************************************************/ 函数功能:文件系统Shel指令处理/ 修改日期:2013/9/10 19:04:15/ 输入参数:输入当前的程序版本/ 输出参数:none/ 使用说明:none******************************************************************************/bool Shell_MCU_Service(void * pcBuff, uint16_t len ){    uint8_t    *ptRxd;          //用于接收指令处理    int         i;    uint16_t    retval;    uint8_t     buff[32];        //处理指令    //--------------------------------------------------------------------------    ptRxd = (uint8_t *)pcBuff;        if(StrComp(ptRxd,"rd ")) //读取FLASH信息    {        int wval;                if(1 != sscanf((void *)ptRxd,"%*s%d",&wval) )return false;        if( wval>2 )return false;        if(0==wval) {            FLASH_ioctl(0,buff);            retval = *(uint16_t *)(buff+1) ;            printf("->Flash:\t%dKB\r\n",retval);            return true;        }        else if(1==wval) {            FLASH_ioctl(1,buff);            printf("->MAC:\t ");            for(i=0; i<buff[0]-1; i++){printf("%02X-",buff[i+1]);}            printf("%02X\r\n",buff[i+1]);            return true;        }        else return false;    }    else if(StrComp(ptRxd,"help\r\n"))      //指令帮助    {        shell_SendStr((void *)CLI_McuMsg.pcHelpStr);        return true;    }    else return false;}/*****************************************************************************************************************   END  ******************************************************************************************************************/#endif

5.2 实现步骤

1） 将该文件添加到工程下。

2） 在main.c中用extern 引用McuList，源代码为：

/*---------------------* *     Shell指令链表*----------------------*/extern Cmd_List_t  McuList;

3）在main.c初始化时添加：

//----------------------------------------------------------    //step1: shell初始化    shell_Init(115200,ledx_cfg);        //初始化shell接口    CLI_AddCmd(&McuList);     //添加模块指令到链表

4）编译工程文件。

5）下载到开发板运行即可在终端下看到新支持的CLI指令：

<1> 大家可根据此模板和方法，添加许多自己的指令和功能

<2> 限于篇幅，Ymodem文件传输，IAP升级、RTOS支持等将在下一期为大家讲解

<3> 所有上述源码下载链接：https://pan.baidu.com/s/1pLzHqJL