esp32 c3 idf设置usb串口 esp32串口2

转载

mob64ca13fd163c 2024-05-23 23:42:36

文章标签 esp32 c3 idf设置usb串口嵌入式单片机物联网 uart 文章分类 架构后端开发

文章目录

一、ESP32 的 UART 概览

1、简介
2、UART 使用简介

二、使用 UART 收发数据

1、设置 UART 参数

① 单步法（结构体法）
② 分步法
③ 代码示例（结构体法）

2、分配引脚，安装驱动

① 分配引脚
② 安装驱动
③ 代码示例

3、使用 UART 收发数据

二、使用队列处理 UART 事件

1、简介
2、示例

三、自定义 UART 中断

一、ESP32 的 UART 概览

1、简介

ESP32芯片有三个UART控制器(UART0、UART1和UART2)，具有一组功能相同的寄存器，便于编程和灵活性。

每个UART控制器可独立配置波特率、数据位长、位序、停止位数、奇偶校验位等参数。所有的控制器都兼容 UART 支持的设备从各种制造商，也可以支持红外数据关联协议(IrDA)。

2、UART 使用简介

一个典型的UART使用步骤是：

设置 UART 参数、分配引脚
安装 UART 驱动（可与上一步颠倒）
收发数据
使用中断
卸载 UART 中断驱动，释放资源（当 UART 不再使用时）

二、使用 UART 收发数据

注意：1、2、3 步可以交换顺率

1、设置 UART 参数

设置 UART 参数有两种方式：单步法（结构体法）、分步法。

① 单步法（结构体法）

调用函数uart_param_config()并将一个uart_config_t结构传(指针)递给它。uart_config_t结构应该包含所有必需的参数。

ESP-IDF定义的结构体类型uart_config_t简介：

typedef struct {
    int 				  baud_rate;      //波特率
    uart_word_length_t    data_bits;      /*!< UART byte size*/
    uart_parity_t 		  parity;         //奇偶校验方式
    uart_stop_bits_t 	  stop_bits;      //停止位数
    uart_hw_flowcontrol_t flow_ctrl;    //硬件流控方式
    uint8_t 			  rx_flow_ctrl_thresh;        //硬件流控阈值
    union {
        uart_sclk_t 	source_clk;     //时钟源
    //deprecated vt. 强烈反对, 抨击; 对...表示不赞成;
    //下面带有__attribute__((deprecated))的use_ref_tick意味着某代码已过时，不推荐再使用。
        bool use_ref_tick  __attribute__((deprecated)); //已过时，请改用source_clk选择时钟源。
    };
} uart_config_t;

② 分步法

分布法使用见下表

欲配置的参数	函数
波特率 (Baud rate)	`uart_set_baudrate()`
传输数据位长 (Number of transmitted bits)	`uart_set_word_length()` selected out of `uart_word_length_t`
奇偶校验 (parity control)	`uart_set_parity()` selected out of `uart_parity_t`
停止位数 (Number of stop bits)	`uart_set_stop_bits()` selected out of `uart_stop_bits_t`
硬件流控方式 (Hardware flow control mode)	`uart_set_hw_flow_ctrl()` selected out of `uart_hw_flowcontrol_t`
通信方式 (Communication mode)	`uart_set_mode()` selected out of `uart_mode_t`

同时，上面的每个函数都有一个_get_对应对象来检查当前设置的值。例如，要检查当前波特率值，调用uart_get_baudrate()。

③ 代码示例（结构体法）

示例：

#include "driver/uart.h"
...

	...
	uart_config_t uartConfig = {
        .baud_rate   = 115200,
        .data_bits   = UART_DATA_8_BITS,
        .flow_ctrl   = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,
        .parity 	 = UART_PARITY_DISABLE,
        .stop_bits   = UART_STOP_BITS_1,
        .source_clk  = UART_SCLK_APB,
    };

    uart_param_config(UART_NUM_2, &uartConfig);
    ...
    
...

2、分配引脚，安装驱动

① 分配引脚

分配引脚的方法是调用函数uart_set_pin()

函数	`uart_set_pin()`
函数原型	esp_err_t uart_set_pin(uart_port_t uart_num, int tx_io_num, int rx_io_num, int rts_io_num, int cts_io_num)
返回值	ESP_OK Success ESP_FAIL
参数	uart_numUART 编号 tx_io_numTXD GPIO 引脚编号 rx_io_numRXD GPIO 引脚编号 rts_io_numRTS GPIO 引脚编号 cts_io_numCTS GPIO引脚编号

注意：对于后四个参数，可以提供一个宏UART_PIN_NO_CHANGE来保留已经分配的引脚

② 安装驱动

安装驱动通过调用uart_driver_install()安装驱动程序，并指定以下参数:

函数	`uart_driver_install()`
函数原型	esp_err_t uart_driver_install(uart_port_t uart_num, int rx_buffer_size, int tx_buffer_size, int queue_size, QueueHandle_t *uart_queue, int intr_alloc_flags)
功能及注意事项	安装UART驱动程序并将UART设置为默认配置。同时，UART ISR处理器将被附加到运行该函数的同一个CPU核心上。Rx_buffer_size应该大于UART_FIFO_LEN。Tx_buffer_size应该是0或者大于UART_FIFO_LEN。
返回值	ESP_OK ——Success ESP_FAIL—— Parameter error
参数	uart_numUART 编号 rx_buffer_size接收(RX)缓冲区大小 tx_buffer_size发送(TX)缓冲区大小 (可为零) queue_size想要的 UART 事件队列大小 uart_queueUART 事件队列句柄(输出参数)。填入`QueueHandle_t`变量指针用于接受一个新的队列句柄来访问 UART 事件。如果设置为 `NULL` 则驱动程序将不会使用事件队列。 intr_alloc_flags中断分配标志 —— 一个或多个ESP_INTR_FLAG_*值。更多信息请参见esp_intr_alloc.h。不要在这里设置`ESP_INTR_FLAG_IRAM`(驱动的ISR处理器不在IRAM中) ESP-IDF Release v4.0.3及更高版本已支持 IRAM 中断：如果想要设置`ESP_INTR_FLAG_IRAM`，请在 menuconfig 中打开`CONFIG_UART_ISR_IN_IRAM` 打开的方法见下图：(使用`idf.py menuconfig`)

注意：当TX 缓冲区参数填 0 或 NULL 的时候，不使用缓冲区，使用uart_write_bytes()发送操作时，在数据发送之前将会阻塞。同样也有不阻塞的函数uart_tx_chars()，它不会为等待TX FIFO有足够的空间而阻塞，而是将填充可用的TX FIFO。此函数返回时，FIFO是满的。

这个安装驱动uart_driver_install()函数安装驱动程序的内部 ISR (中断服务程序)来管理 Tx 和 Rx 循环缓冲区，并提供高级API函数，如events(见下文)。

当然，开发者也可以自定义一个低级的中断来直接管理 UART，具体内容见下文。

③ 代码示例

示例：(代码参数较多，所以换行写)

QueueHandle_t eventQueue;

uart_driver_install(
	UART_NUM_2, 	//UART 编号
	sizeof rxBuf, 	//Rx 缓冲区大小
	sizeof rxBuf, 	//Tx 缓冲区大小
	16, 			//事件队列长度（可以不要，此参数填 0，然后下一个参数填NULL）
	&eventQueue, 	//(QueueHandle_t*)接受被创建的句柄的变量指针，类型为FreeRTOS的队列
	0				//中断分配标志，这里写 0 表示不想分配中断
);

uart_set_pin(
	UART_NUM_2, 	//UART 编号
	19, 			//TX GPIO
	18, 			//RX GPIO
	5, 				//RTS GPIO
	4				//CTS GPIO
);

3、使用 UART 收发数据

串行通信由每个UART控制器的有限状态机(FSM)控制。发送数据的过程包括以下步骤:

写数据到Tx FIFO缓冲区
FSM进行数据序列化
FSM发送数据

接收数据的过程是类似的，但步骤相反: FSM处理传入的串行流并将其并行化 FSM将数据写入Rx FIFO缓冲区从Rx FIFO缓冲区读取数据

使用函数uart_write_bytes() 和 uart_read_bytes() 分别进行发送数据以及接收数据。两个函数的参数均为（UART_NUM，发送内容首地址/接受缓冲区地址，长度）

示例：每 1 秒向串口发送一个字母，依次是 ABCD…XYZ 并循环进行。调试信息显示一句"Well, xxx byte(s) has been sent."

static char letter = 'A';

void taskBTSend(void *args){
    while (1){
        int count = uart_write_bytes(UART_NUM_2, &letter, 1);
        ESP_LOGI("TAG", "Well, %d byte(s) has been sent.", count);
        if (letter >= 'Z'){
            letter = 'A';
        }else{
            letter ++;
        }
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
    //正常不会执行到这里
    vTaskDelete(NULL);
}
/****************************************/
void app_main(){
	...
	//省略了设置参数等步骤，只展示发送数据，本示例中这在一个任务中进行
	//实测发现，任务堆栈(第三个参数)设为1024过小
	xTaskCreate(taskBTSend, "taskBTSend", 2048, NULL, 4, NULL);
	
	/* 问: 为什么这么大？
	   答: 因为ESP32的FreeRTOS与原生FreeRTOS中的任务创建函数不同。
	      在任务堆栈大小(深度)参数上不同。
	      ESP32 的 FreeRTOS 中这个参数指的是字节数
	      原生 FreeRTOS 中这个参数指的是变量数，而不是字节数
	       
	      例如，1个uint32_t变量，前者占用任务堆栈深度为4，而后者只是1
	*/
	...
}

运行结果：

esp32 c3 idf设置usb串口 esp32串口2_物联网_05

此外，还有很多函数如uart_flush()(清除UART缓冲区)、uart_get_buffered_data_len()(获取缓冲区中数据的长度)等有用的API，敬请读者参阅官方文档

二、使用队列处理 UART 事件

1、简介

上文说到，当安装驱动的时候uart_driver_install()函数有一个参数*uart_queue和queue_size。该函数会利用这两个参数创建一个供开发者处理 UART 事件的队列。此队列即 FreeRTOS 的 Queue。需要用 QueueHandle_t 变量接收这个被创建的队列。根据 FreeRTOS 的使用逻辑我们知道这是为任务准备的，因此，我们要创建一个任务专门负责管理这个队列，即处理 UART 发生的各种事件。

注意：此功能以及其他由默认驱动程序内部 ISR 负责的功能只能在没有自定义 UART 中断的时候使用！！！

UART 默认的事件处理没有使用esp_event.h中的事件循环(EventLoop)。而是使用队列传输事件对象（一个uart_event_t类型的结构体）这个结构体包含了事件类型和UART_DATA事件携带的数据。

整个结构体的结构如下：

typedef struct {
// 事件类型
	uart_event_type_t	type;

// 仅 UART_DATA 事件 —— UART 数据长度
	size_t 				size; 

// 仅 UART_DATA 事件 —— 超时标志
	bool 				timeout_flag;
} uart_event_t;

其中，事件的类型type包括以下内容：

Type	含义
UART_DATA	UART数据事件
UART_BREAK	UART中断事件
UART_BUFFER_FULL	UART RX缓冲区完全事件
UART_FIFO_OVF	UART FIFO溢出事件
UART_FRAME_ERR	UART RX帧错误事件
UART_PARITY_ERR	UART奇偶检查错误
UART_DATA_BREAK	UART TX数据和中断事件
UART_PATTERN_DET	UART 输入样式检测事件

上表中最后一个UART_PATTERN_DET是使用uart_enable_pattern_det_baud_intr()启用pattern detect功能后触发的事件。这个事件是UART接收到一种样式的数据后触发的事件。例如AT指令集，它的数据种有个加号标志 “+”。例如AT+CGMI、AT+BAUD1等。我们可以用以上函数监听这个“+”加号，一旦检测到，则触发这个事件，供任务去处理、解析。点击此处查看官方文档对函数uart_enable_pattern_det_baud_intr()的介绍。以及示例\examples\peripherals\uart\uart_events对事件UART_PATTERN_DET的介绍

2、示例

// 此函数taskReceive是个任务
static void taskReceive(void *args){
	if (xQueueReceive(uart0_queue, &event, portMAX_DELAY)) {
		switch (event.type){
			case UART_DATA:{
				ESP_LOGI("TAG", "接收到了%d长度的数据", event.size);
				//todo 插入代码处理事件
				break;
			}case UART_BUFFER_FULL:{
				ESP_LOGI("TAG", "RX缓冲区满了");
				//todo 插入处理事件
				break;
			}case ....:{
				....
				break;
			}default:{
				....
				break;
			}
		}
	}
}

三、自定义 UART 中断

如果不想使用默认的 UART 中断（如上文的 UART 事件 Queue 等高级API）或者自己另有别的绝妙之用，可以注册自己的UART中断。

使用 uart_isr_register() 注册中断
使用 uart_isr_free() 释放注册的中断

写的中断 ISR 程序需要尽可能简短，不要忘了在处理中断前后调用uart_clear_intr_status()清除中断标志，等等。本文不再示例，供读者自行研究。

本文章为转载内容，我们尊重原作者对文章享有的著作权。如有内容错误或侵权问题，欢迎原作者联系我们进行内容更正或删除文章。

上一篇：grpc 鉴权响应时长 gsm-r中鉴权的目的

下一篇：opencv 按比例放大 opencv图片等比例缩放

提问和评论都可以，用心的回复会被更多人看到评论

发布评论

相关文章

官方博客	全部文章	热门标签	班级博客
了解我们	网站地图	意见反馈

鸿蒙开发者社区	51CTO学堂
51CTO	软考资讯