感芯多线程处理器MC3172评估板（四）- 串口的使用

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本文介绍感芯MC3172评估板的串口配置与编程方法，包括宏定义、函数封装及程序编写等内容。通过实例演示了如何实现与电脑的串口通信。

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感芯多线程处理器MC3172评估板（一）- 介绍与搭建开发环境感芯多线程处理器MC3172评估板（二）- 点亮一个LED灯感芯多线程处理器MC3172评估板（三）- 体验多线程同步并行

前言

上一篇文章通过编程实现两个IO口来感受多线程同步并行运行的效果，这一篇将通过编程串口的相关函数实现与电脑的通信。

一、通用异步收发器（UART）

MC3172评估板可以配置12个串口，每四个IO一组，在组内串口的输入输出可以任意配置，非常灵活，和FPGA很相似。串口的基本知识不做介绍。

本次串口选择第0组，选择线程组0，使用了板子上的48M无源晶振，串口波特率设为115200。若设为9600会溢出，115200的刚好，因此，选用115200。

二、相关宏定义

1.INTDEV_SET_CLK_RST(DEV_ADDR,value)

#define INTDEV_SET_CLK_RST(DEV_ADDR,value)      (*(volatile u32*)(DEV_ADDR))=(value)

这个宏用于对外设进行启动，主要是设置外设使用的时钟频率以及特权组。使能了GPIOx对应的时钟。

（1）DEV_ADDR是GPCOMx的外设，可以为GPCOM0_BASE_ADDR、GPCOM2_BASE_ADDR、GPCOM3_BASE_ADDR、GPCOM4_BASE_ADDR、GPCOM5_BASE_ADDR.等等。

（2）value参数：一般为（运行|线程组别|外设时钟分频设置）。

2. GPCOM_SET_IN_PORT(GPCOM_SEL,value)

#define GPCOM_SET_IN_PORT(GPCOM_SEL,value)         (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_IN_MODE_ADDR)) = value

这个宏用于设置输入管脚（可以在 P0-P3 按需设置）为接收引脚。

（1）GPIO_SEL是GPCOMx的外设，可以为GPCOM0_BASE_ADDR、GPCOM2_BASE_ADDR、GPCOM3_BASE_ADDR、GPCOM4_BASE_ADDR、GPCOM5_BASE_ADDR.等等。

（2）value：是设置为输入引脚并设置为RXD引脚的引脚，可以为GPCOM_RXD_IS_P0或GPCOM_RXD_IS_P1或GPCOM_RXD_IS_P2或GPCOM_RXD_IS_P3。

3.GPCOM_SET_OUT_PORT(GPCOM_SEL,value)

#define GPCOM_SET_OUT_PORT(GPCOM_SEL,value)                 (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_OUT_MODE_ADDR)) = value

这个宏用于设置输出管脚为发送引脚。

4.GPCOM_SET_COM_MODE(GPCOM_SEL,value)

#define GPCOM_SET_COM_MODE(GPCOM_SEL,value)                 (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_ITEM1_ADDR)) = value

这个宏用于设置工作模式。

5.GPCOM_SET_COM_SPEED(GPCOM_SEL,clk_speed,baudrate)

#define GPCOM_SET_COM_SPEED(GPCOM_SEL,clk_speed,baudrate)   (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_ITEM2_ADDR)) = (((clk_speed/baudrate)-1)<<8)+(clk_speed/baudrate)/2-2

这个宏用于设置串口工作频率和波特率，参数分别为GPCOM,外设时钟，串口波特率。

6.GPCOM_SET_OVERRIDE_GPIO(GPCOM_SEL,value)

#define GPCOM_SET_OVERRIDE_GPIO(GPCOM_SEL,value)            (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_OVERRIDE_GPIO_ADDR)) = value

这个宏用于设置串口管脚映射 GPIO。

7.GPCOM_GET_RX_WP(GPCOM_SEL)

#define GPCOM_GET_RX_WP(GPCOM_SEL)                          (*(volatile u8*)(GPCOM_SEL+GPCOM_RX_DATA_WP_ADDR))

这个宏用于读取当前 RX 的缓存 FIFO 写指针。

8.GPCOM_GET_RX_DATA(GPCOM_SEL,rp)

#define GPCOM_GET_RX_DATA(GPCOM_SEL,rp)                     (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_RX_DATA_BUF0_ADDR+(((rp&0x7)*8))))

这个宏用于读取当前 RX 的缓存 FIFO 读指针 rp 指向的数据。

9.GPCOM_TX_FIFO_FULL(GPCOM_SEL)

#define GPCOM_TX_FIFO_FULL(GPCOM_SEL)            (((*(volatile u8*)(GPCOM_SEL+GPCOM_TX_DATA_RP_ADDR))^0x8)==(*(volatile u8*)(GPCOM_SEL+GPCOM_TX_DATA_WP_ADDR)))

这个宏用于检查 TX 的发射缓存是否已满。

10.GPCOM_TX_FIFO_EMPTY(GPCOM_SEL)

#define GPCOM_TX_FIFO_EMPTY(GPCOM_SEL)           (((*(volatile u8*)(GPCOM_SEL+GPCOM_TX_DATA_RP_ADDR)))    ==(*(volatile u8*)(GPCOM_SEL+GPCOM_TX_DATA_WP_ADDR)))

这个宏用于检查 TX 的发射缓存是否已空。

11.GPCOM_PUSH_TX_DATA(GPCOM_SEL,value)

#define GPCOM_PUSH_TX_DATA(GPCOM_SEL,value)                 (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_TX_DATA_BUF0_WPINC_ADDR+ (( (*(volatile u32*)(GPCOM_SEL+GPCOM_TX_DATA_WP_ADDR))*8 )&0x3f) )) = value

这个宏用于把 value 送入 TX 发射缓存（TX 的发射缓存一共有 8 层，可以一次性送 8 个字节,非常高效）。

三、相关函数封装

1.串口初始化函数

MC3172评估板可以配置12个串口，为了方便初始化各个串口，将函数封装成如下。可通过修改函数的gpcom_sel参数来初始化相应的串口，该函数已默认将每组初始化串口的P2为RXD引脚，P3为TXD引脚。Thread_group为线程组，rate为串口波特率。

/*初始化UART0*/
void Uart_Init(u32 Thread_group,u32 gpcom_sel,u32 rate)
{
    /*启动外设*/
    //这个宏用于对外设进行启动共 12 个可选，具体位置见 MC3172 芯片手册，INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV4：系统时钟分频
    INTDEV_SET_CLK_RST(gpcom_sel,(INTDEV_RUN|Thread_group|INTDEV_CLK_IS_CORECLK_DIV4));
    /*设置RXD引脚*/
    //这个宏用于设置 P2 为输入管脚（可以在 P0-P3 按需设置）P2为接收引脚
    GPCOM_SET_IN_PORT(gpcom_sel,(GPCOM_RXD_IS_P2));
    /*设置TXD引脚*/
    //这个宏用于设置 P3 为输出管脚（可以在 P0-P3 按需设置,P3为发送引脚
    GPCOM_SET_OUT_PORT(gpcom_sel,(\
            GPCOM_P0_OUTPUT_DISABLE|GPCOM_P1_OUTPUT_DISABLE|GPCOM_P2_OUTPUT_DISABLE|GPCOM_P3_OUTPUT_ENABLE|\
            GPCOM_P1_IS_HIGH       |GPCOM_P1_IS_HIGH       |GPCOM_P1_IS_HIGH       |GPCOM_P3_IS_TXD\
            ));
    /*设置工作模式*/
    GPCOM_SET_COM_MODE(gpcom_sel,GPCOM_UART_MODE);
    /*设置串口工作频率和波特率*/  
    GPCOM_SET_COM_SPEED(gpcom_sel,12000000,rate);//参数分别为GPCOM,外设时钟，串口波特率,
    /*映射引脚*/
    GPCOM_SET_OVERRIDE_GPIO(gpcom_sel,(\
            GPCOM_P2_OVERRIDE_GPIO|GPCOM_P2_INPUT_ENABLE|\
            GPCOM_P3_OVERRIDE_GPIO\
            ));
}

2.发送单个字节函数

/*发送单个byte*/
void Send_Byte(u32 gpcom_sel,u8 dat)
{
    while(GPCOM_TX_FIFO_FULL(gpcom_sel));//等待发送结束
    GPCOM_PUSH_TX_DATA(gpcom_sel,dat);//发送数据dat
}

3.发送多个字节函数

/*发送多个字节*/
void Send_MultiByte(u32 gpcom_sel,u8 *dat)
{
    while(*dat!='\0')//判断是否结束
    {
        Send_Byte(gpcom_sel, *dat++);//发送字节
    }
}

4.接收处理函数

接收到的数据储存在USART_RX_BUF里，可在行编写相关的处理内容。整体代码如下：

////接收处理函数
void Rx_Data(u32 gpcom_sel)
{
    u8 rx_data_rp=0;
    u8 Res=0;
    rx_data_rp=GPCOM_GET_RX_WP(gpcom_sel);//读取当前 RX 的缓存 FIFO 写指针
    while(1) {
         if(rx_data_rp!=(GPCOM_GET_RX_WP(gpcom_sel))){
             Res=GPCOM_GET_RX_DATA(gpcom_sel,rx_data_rp);//读取当前 RX 的缓存 FIFO 读指针 rx_data_rp 指向的数据。
             if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
              {
                  if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
                  {
                      if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收状态标记
                      else //接收完成了
                      {
                        //添加串口接收到数据处理的内容
                        /*代码添加处*/
                        USART_RX_STA=0;//接收状态标记清零
                        memset(USART_RX_BUF,'\0',200);//清除缓存空间
                        rx_data_rp=GPCOM_GET_RX_WP(gpcom_sel);//读取当前 RX 的缓存 FIFO 写指针
                      }
                  }
                  else {//还没收到0X0D
                      if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
                      else {
                          USART_RX_BUF[USART_RX_STA]=Res ;
                          USART_RX_STA++;
                          if(USART_RX_STA>(UART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
                    }
                    rx_data_rp++;
                    rx_data_rp&=0x0f;
                }
              }
         }
    }
}

四、编写程序

（1）在main.c文件中的void thread0_main（void）里编写代码程序如下：

void thread0_main(void)
{
    Uart_Init(INTDEV_IS_GROUP0,G_COM0,115200);
    Send_Byte(G_COM0,'H');
    Send_MultiByte(G_COM0,"ok\r\n");
    while(1){

    }
    thread_end();
}

（2）在Rx_Data（）函数里添加代码如下，实现当接收数据第一个字符为A时，MC3172向电脑发送"Test2 A is ok\r\n"，等等功能。

Send_MultiByte(gpcom_sel,USART_RX_BUF);
Send_MultiByte(gpcom_sel,"\r\n");
if(USART_RX_BUF[0]=='A')
{
    Send_MultiByte(gpcom_sel,"Test2 A is ok\r\n");
}
if(USART_RX_BUF[0]=='B')
    Send_MultiByte(gpcom_sel,"Test B is ok\r\n");
if(USART_RX_BUF[0]=='B'&&USART_RX_BUF[1]=='C')
    Send_MultiByte(gpcom_sel,"Test BC is ok\r\n");

（3）在main.c文件中的void thread4_main（void）里接收函数如下：

void thread4_main(void)
{
    while(1){
        Rx_Data(G_COM0);
    }
    thread_end();
}

五、硬件电路

1.MC3172引脚图

参考《感芯MC3172手册_V1.03》里的 表 2-1 MC3172 LQFP100 引脚定义和IO排列顺序图

同时也非常感谢一个网友的分享，将引脚定义的功能标准在IO排列顺序图里如下图，方便我们查看。

2. 引脚与USB转TTL模块的连接方式

由上面的函数和手册可知，本次项目使用的COM0，PA2为RXD引脚，PA3为TXD引脚，因此将PA2接模块上的TXD引脚，PA3接RXD引脚。

六、下载程序

将MC3172评估板通过USB口接到电脑，然后打开Release文件夹下的开发板程序下载_v1.1.exe，这时就会识别出GX_LINK#0设备（也有可能是其它名字），点击连接设备，接着选择生成的*.hex固件，再点击烧录固件，最后等到进度条走到100%则下载成功。

七、实验现象

打开电脑串口调试助手，将其右侧的参数设置和代码中的一致，并打开串口。程序下载成功后，在串口显示区会输出“Hok”。点击多条发送窗口并输入相关的内容后，分别点击发送，对应串口显示区会显示评估板发送来的信息如下。

八、*注意事项

本次项目的波特率要根据实际计算，太低会超出，太高会不足，尽量满足100<（外设时钟/波特率）<200。我使用的是板子上的无源晶振48M，根据公式“外设时钟=系统时钟（48M)/时钟分频” 可计算出该外设的实际时钟频率为12000000。使用波特率为9600时超出，115200的不会，所以选择了115200。