TM4C123G学习记录(6)--UART

2023-05-16

因为想申请 CSDN 博客认证需要一定的粉丝量，而我写了五年博客才 700 多粉丝，本文开启关注才可阅读全文，很抱歉影响您的阅读体验

为了准备电赛临时学一下TM4C123G，简单记录学习内容
大家可以在这里下载我收集的资源，非常全面，花了很大功夫收集来的，还有书籍、例程代码等
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文章目录

一、实验简介
二、TM4C的UART资源
- - （1）Tiva控制器的UART特征
  - （2）UART结构图
  - （3）UART和引脚的复用映射表
  - （4）FIFO操作
  - （5）中断、
三、编程实践
- （1）UART配置和使用的基本流程
- （2）使用类似C语言中stdio.h的方法
- （3）UART中断
- （4）FIFO测试
四、部分库函数小结
- - - （1）void UARTprintf(const char *pcString, ...)
    - （2）void UARTCharPut(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)
    - （3）int32_t UARTCharGet(uint32_t ui32Base)
    - （4）bool UARTCharPutNonBlocking(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)
    - （5）int32_t UARTCharGetNonBlocking(uint32_t ui32Base)
    - （6）void UARTFIFOLevelSet(uint32_t ui32Base, uint32_t ui32TxLevel,uint32_t ui32RxLevel)
    - （7）void UARTFIFOEnable(uint32_t ui32Base)

一、实验简介

通过TM4C123G的板载UART串口和电脑通信，观察各种中断发生情况

二、TM4C的UART资源

简单介绍TM4C123G的UART资源，关于波特率发生原理、数据传输流程、ISR、调制解调器握手、9位UART模式、环回模式、DMA等内容省略

（1）Tiva控制器的UART特征

在这里插入图片描述

（2）UART结构图

在这里插入图片描述

（3）UART和引脚的复用映射表

这个表非常重要，编程时要根据这个参考
在这里插入图片描述

（4）FIFO操作

关于FIFO的作用可以看看这篇文章，讲的很明白：uart FIFO

每个UART有两个16x8的缓冲区，一个用来发送，一个用来接收
FIFO状态通过UART标志寄存器UARTFR和UART接收状态寄存器（UARTRSR）显示。硬件监视空、满和溢出情况。
FIFO产生中断的触发条件由 UART中断FIFO深度选择（UARTIFLS）控制。两个FIFO可以单独配置为不同的电平情况下触发中断。可以选择如下配置：1/8、1/4、1/2、3/4、7/8。（例如：1/4代表连续FIFO装入16*1/4=4个字节产生一个接受中断）
复位后FIFO都是禁用的并作为1字节的保留寄存器，FIFO中断默认为两个都是1/2选项。通过UARTLCRH的FEN位启用FIFO。

注意：关于复位后FIFO是默认使能还是禁用，似乎TI手册之间有矛盾，总之不要用默认设置，自己手动设置一下吧
以下内容来自ti的getting start手册
在这里插入图片描述

（5）中断、

如下介绍，建议结合相关的寄存器看，包括UARTCTL寄存器和UARTIFLS寄存器
在这里插入图片描述

接收超时中断：当FIFO不是空的，并且在32位期间没有接收到进一步的数据时触发
接收中断：如果开启FIFO，当收数据>=FIFO深度时触发；否则每次接收到数据都触发
发送中断：如果开启FIFO，当FIFO中数据<=FIFO深度时触发；否则在FIFO中没有数据时触发

三、编程实践

下面就按TIgetting start 手册的顺序进行UART实验吧

（1）UART配置和使用的基本流程

在这里插入图片描述
下面看一个官方例程，UART0实现echo

/*官方例程1*/
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/pin_map.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/uart.h"
int main(void)
{
	SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART0);
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOA);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PA0_U0RX);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PA1_U0TX);
	GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTA_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);
	UARTConfigSetExpClk(UART0_BASE, SysCtlClockGet(), 115200,	
						(UART_CONFIG_WLEN_8 | UART_CONFIG_STOP_ONE | UART_CONFIG_PAR_NONE));
	
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'E');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'n');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 't');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'e');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'r');
	UARTCharPut(UART0_BASE, ' ');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'T');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'e');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 'x');
	UARTCharPut(UART0_BASE, 't');
	UARTCharPut(UART0_BASE, ':');
	UARTCharPut(UART0_BASE, ' ');
	while (1)
	{
		if (UARTCharsAvail(UART0_BASE)) 
			UARTCharPut(UART0_BASE, UARTCharGet(UART0_BASE));
	} 
}

官方对于程序的讲解如下
在这里插入图片描述

（2）使用类似C语言中stdio.h的方法

包含TivaWare提供的uartstdio.h和uartstdio.c文件，即可使用类似printf()等C函数

UART时钟、波特率配置函数需要从UARTConfigSetExpClk变为UARTStdioConfig
UARTprintf();的使用方法和C中printf()完全类似，支持%d等标准输入输出格式符

在这里插入图片描述

特别注意一下，同一时间，只有一个串口可以用UARTprintf，uartstdio.c中对printf重定向，默认是定向到UART0，我这里修改成UART1，如下

利用uartstdio改写上面的官方例程实现一样的功能，大家可以对比一下（我用的UART1，官方是UART0）

/*官方例程1改写，使用uartstdio*/
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"				
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "uartstdio.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/pin_map.h"

int main(void)
{
	SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
	//使能外设
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
	
	//配置复用功能
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB0_U1RX);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB1_U1TX);
	
	//分配UART信号
	GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1);
	
	//配置UART参数(这样配置可以用UARTprintf)
	UARTClockSourceSet(UART1_BASE, UART_CLOCK_PIOSC);	//使用16MHz内部高精度振荡器(PIOSC)作为UART模块时钟
	UARTStdioConfig(1,115200, 16000000);							//UART编号、波特率、UART时钟频率（频率要和上一行设的一致）
	
	UARTprintf("Enter Text: \n");
	
	uint8_t getChar;
	while (1)
	{
		getChar=UARTCharGet(UART1_BASE);
		UARTCharPut(UART1_BASE,getChar);
	}
}

（3）UART中断

进一步改进刚才的例程，使用接收中断代替主函数中的轮询检测，同时我们增加一个LED来指示数据接收和发送的情况

增加头文件inc/hw_ints.h和driverlib/interrupt.h(具体路径根据你的工程来)
进行中断配置，开启接受中断和超时中断`
配置指示用的LED
编写中断服务函数：这里首先要读中断状态寄存器，分析发生中断的种类；然后用读取的来清除中断标志（TM4C库函数中，中断标志返回值和清除中断标志函数的参数都是bit-packed格式，可以直接用，挺巧妙的）；接下来读取并发送收到的数据；最后让led闪烁一下
别忘了注册中断服务函数，可以用函数注册，也可以手动修改中断像量表

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"				//Register Definitions
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
//#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "uartstdio.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/pin_map.h"


#define delay_ms(n); SysCtlDelay(n*(SysCtlClockGet()/3000));


void UARTIntHandler(void) 
{
	uint32_t ui32Status;
	ui32Status = UARTIntStatus(UART1_BASE, true); 	//get interrupt status
	UARTIntClear(UART1_BASE, ui32Status); 			//clear the asserted interrupts
	while(UARTCharsAvail(UART1_BASE)) 				//loop while there are chars
	{
		UARTCharPutNonBlocking(UART1_BASE, UARTCharGetNonBlocking(UART1_BASE)); //echo character
		GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_2); 	//blink LED
		delay_ms(1);
		GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0); 			//turn off LED
	} 
}

int main(void) 
{	
	SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
	
	//使能外设
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
	
	//配置复用功能
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB0_U1RX);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB1_U1TX);
	
	//分配UART信号
	GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1);
	
	//LED配置
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF); 				//enable GPIO port for LED
	GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2); 		//enable pin for LED PF2
	
	//串口参数设置
	UARTClockSourceSet(UART1_BASE, UART_CLOCK_PIOSC);			//使用16MHz内部高精度振荡器(PIOSC)作为UART模块时钟
	UARTStdioConfig(1,115200, 16000000);						//UART编号、波特率、UART时钟频率（频率要和上一行设的一致）
	
	//中断使能
	IntMasterEnable(); 											//enable processor interrupts
	IntEnable(INT_UART1); 										//enable the UART interrupt
	UARTIntEnable(UART1_BASE, UART_INT_RX | UART_INT_RT); 		//only enable RX and TX interrupts
	
	//注册中断服务函数
	UARTIntRegister(UART1_BASE,UARTIntHandler);
	
	UARTprintf("Enter Text: \n");
	
	while (1) 													//let interrupt handler do the UART echo function
	{	
		;
	} 
}

（4）FIFO测试

修改上述代码，测试FIFO的功能。
配置接收中断，当接收FIFO半满（8byte）时触发。利用串口调试助手一个char一个char发送。
观察到发送8个char后进入中断，FIFO测试成功

#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
#include "inc/tm4c123gh6pm.h"				//Register Definitions
#include "inc/hw_memmap.h"
#include "inc/hw_types.h"
#include "driverlib/sysctl.h"
//#include "inc/hw_ints.h"
#include "driverlib/interrupt.h"
#include "driverlib/gpio.h"
#include "driverlib/uart.h"
#include "uartstdio.h"
#include "driverlib/systick.h"
#include "driverlib/pin_map.h"


#define delay_ms(n); SysCtlDelay(n*(SysCtlClockGet()/3000));


void UARTIntHandler(void) 
{
	uint32_t ui32Status;
	ui32Status = UARTIntStatus(UART1_BASE, true); //get interrupt status
	UARTIntClear(UART1_BASE, ui32Status); 				//clear the asserted interrupts
	while(UARTCharsAvail(UART1_BASE)) 						//loop while there are chars
	{
		UARTCharPutNonBlocking(UART1_BASE, UARTCharGetNonBlocking(UART1_BASE)); //echo character
		GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_2); //blink LED
		delay_ms(1);
		GPIOPinWrite(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2, 0); //turn off LED
	} 
}

int main(void) 
{	
	SysCtlClockSet(SYSCTL_SYSDIV_4 | SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_OSC_MAIN | SYSCTL_XTAL_16MHZ);
	
	//使能外设
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_UART1);
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
	
	//配置复用功能
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB0_U1RX);
	GPIOPinConfigure(GPIO_PB1_U1TX);
	
	//分配UART信号
	GPIOPinTypeUART(GPIO_PORTB_BASE,GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1);
	
	//LED配置
	SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF); 				//enable GPIO port for LED
	GPIOPinTypeGPIOOutput(GPIO_PORTF_BASE, GPIO_PIN_2); //enable pin for LED PF2
	
	//串口参数设置
	UARTClockSourceSet(UART1_BASE, UART_CLOCK_PIOSC);	//使用16MHz内部高精度振荡器(PIOSC)作为UART模块时钟
	UARTStdioConfig(1,115200, 16000000);							//UART编号、波特率、UART时钟频率（频率要和上一行设的一致）
	
	//FIFO配置，
	UARTFIFOLevelSet(UART1_BASE,UART_FIFO_TX4_8,UART_FIFO_RX4_8);	//FIFO填入半满（8byte）时触发中断
	UARTFIFOEnable(UART1_BASE);
	
	//中断使能
	IntMasterEnable(); 																			//enable processor interrupts
	IntEnable(INT_UART1); 																	//enable the UART interrupt
	UARTIntEnable(UART1_BASE, UART_INT_RX); 	
	
	//注册中断服务函数
	UARTIntRegister(UART1_BASE,UARTIntHandler);
	
	UARTprintf("Enter Text: \n");
	
	while (1) //let interrupt handler do the UART echo function
	{	
		;
	} 
}

进一步进行其他FIFO中断测试，如下：

打开FIFO的情况下，打开UART_INT_OE（FIFO溢出中断），此时FIFO深度无作用，FIFO接收17个（FIFO溢出）后进入中断，第17个byte丢失，会输出FIFO中存储的所有16个字符，特别注意FIFO溢出是一个错误引发的中断，在中断服务函数中，除了用UARTIntClear清除标志，还要写一句HWREG(UART1_BASE+UART_O_ECR)=0;清除错误标志，否则中断只能进一次。
关闭FIFO的情况下（相当于FIFO深度为1），打开UART_INT_OE（FIFO溢出中断），连续收到两个byte溢出，在中断中打印第一个byte；打开UART_INT_RX（FIFO溢出中断），每收到一个byte都会进中断打印

四、部分库函数小结

（1）void UARTprintf(const char *pcString, …)

包含uartstdio.c和uartstdio.h后可用
类似C语言printf()

（2）void UARTCharPut(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)

串口输出一个char型
等待FIFO中有数据再发送

（3）int32_t UARTCharGet(uint32_t ui32Base)

串口接收一个uint32_t型数据
等待FIFO中有数据再接收

（4）bool UARTCharPutNonBlocking(uint32_t ui32Base, unsigned char ucData)

串口输出一个char型
若发送时FIFO已满时，直接返回false而不在那循环等待

（5）int32_t UARTCharGetNonBlocking(uint32_t ui32Base)

串口接收一个uint32_t型数据
如果遇到接收时FIFO为空，直接返回false而不在那循环等待

（6）void UARTFIFOLevelSet(uint32_t ui32Base, uint32_t ui32TxLevel,uint32_t ui32RxLevel)

配置输入输出FIFO的深度

（7）void UARTFIFOEnable(uint32_t ui32Base)

开启某UART的FIFO功能

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