一、概述

通用異步收發(fā)送器(UART)是一種硬件特性，它使用廣泛適應(yīng)的異步串行通信接口(如RS 232、RS 422、RS 485)來處理通信(即時(shí)序要求和數(shù)據(jù)幀)。UART提供了一種廣泛采用和廉價(jià)的方法來實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的全雙工或半雙工數(shù)據(jù)交換。

ESP32芯片有三個(gè)UART控制器(UART 0、UART 1和UART 2)，它們具有一組相同的寄存器，以便于編程和靈活性。

每個(gè)UART控制器都是獨(dú)立配置的，參數(shù)包括波特率、數(shù)據(jù)比特長度、位序、停止位數(shù)、奇偶校驗(yàn)位等。所有控制器都與不同廠商的UART支持設(shè)備兼容，還可以支持紅外數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)協(xié)議(IRDA)。

ESP-IDF 編程指南——UART

二、API說明

以下 UART 接口位于 driver/include/driver/uart.h。

2.1 uart_param_config

2.2 uart_driver_install

2.3 uart_read_bytes

2.4 uart_write_bytes

2.5 uart_set_pin

ESP32的串口是支持引腳映射的，比如我的開發(fā)板串口一默認(rèn)的是GPIO9和GPIO10，現(xiàn)在將TX、RX映射到GPIO4和GPIO5上。

三、編程流程

3.1 設(shè)置通信參數(shù)

如設(shè)置波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等

在結(jié)構(gòu)體中進(jìn)行配置：

typedef struct {

    int baud_rate;                      /*!< UART baud rate*/

    uart_word_length_t data_bits;       /*!< UART byte size*/

    uart_parity_t parity;               /*!< UART parity mode*/

    uart_stop_bits_t stop_bits;         /*!< UART stop bits*/

    uart_hw_flowcontrol_t flow_ctrl;    /*!< UART HW flow control mode (cts/rts)*/

    uint8_t rx_flow_ctrl_thresh;        /*!< UART HW RTS threshold*/

    union {

        uart_sclk_t source_clk;         /*!< UART source clock selection */

        bool use_ref_tick  __attribute__((deprecated)); /*!< Deprecated method to select ref tick clock source, set source_clk field instead */

    };} uart_config_t;

3.2 設(shè)置通信引腳

ESP32的串口是支持引腳映射的，比如我的開發(fā)板串口一默認(rèn)的是GPIO9和GPIO10，現(xiàn)在將TX、RX映射到GPIO4和GPIO5上。

請調(diào)用函數(shù)uart_set_pin()并指定驅(qū)動程序應(yīng)將Tx，Rx，RTS和CTS信號路由至的GPIO引腳號。

如果要為特定信號保留當(dāng)前分配的管腳號，請傳遞宏UART_PIN_NO_CHANGE。

應(yīng)該為不使用的引腳指定相同的宏。

// Set UART pins(TX: IO17 (UART2 default), RX: IO16 (UART2 default), RTS: IO18, CTS: IO19)ESP_ERROR_CHECK(uart_set_pin(UART_NUM_2, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE, 18, 19));

3.3 驅(qū)動程序安裝

設(shè)置好通信引腳后，通過調(diào)用安裝驅(qū)動程序uart_driver_install()并指定以下參數(shù)：

Tx環(huán)形緩沖區(qū)的大小

Rx環(huán)形緩沖區(qū)的大小

事件隊(duì)列句柄和大小

分配中斷的標(biāo)志

該功能將為UART驅(qū)動程序分配所需的內(nèi)部資源。

// Setup UART buffered IO with event queueconst int uart_buffer_size = (1024 * 2);QueueHandle_t uart_queue;// Install UART driver using an event queue hereESP_ERROR_CHECK(uart_driver_install(UART_NUM_2, uart_buffer_size,

                                        uart_buffer_size, 10, &uart_queue, 0));

3.4 運(yùn)行UART通信

串行通信由每個(gè)UART控制器的有限狀態(tài)機(jī)（FSM）控制。

發(fā)送數(shù)據(jù)的過程涉及以下步驟：

將數(shù)據(jù)寫入Tx FIFO緩沖區(qū)

FSM序列化數(shù)據(jù)

FSM將數(shù)據(jù)發(fā)送出去

接收數(shù)據(jù)的過程類似，但是步驟相反：

FSM處理傳入的串行流并將其并行化

FSM將數(shù)據(jù)寫入Rx FIFO緩沖區(qū)

從Rx FIFO緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)

因此，應(yīng)用程序?qū)⒈幌拗茷榉謩e使用uart_write_bytes()和從相應(yīng)的緩沖區(qū)寫入和讀取數(shù)據(jù)uart_read_bytes()，而FSM將完成其余的工作。

3.4.1 發(fā)送

準(zhǔn)備好要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，調(diào)用該函數(shù)uart_write_bytes()并將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址和數(shù)據(jù)長度傳遞給該函數(shù)。該函數(shù)將數(shù)據(jù)復(fù)制到Tx環(huán)形緩沖區(qū)（立即或在有足夠空間可用之后），然后退出。當(dāng)Tx FIFO緩沖區(qū)中有可用空間時(shí)，中斷服務(wù)程序（ISR）將數(shù)據(jù)從Tx環(huán)形緩沖區(qū)移至后臺的Tx FIFO緩沖區(qū)。下面的代碼演示了此功能的用法。

// Write data to UART.char* test_str = 'This is a test string.n';uart_write_bytes(uart_num, (const char*)test_str, strlen(test_str));

該功能uart_write_bytes_with_break()類似于uart_write_bytes()但在傳輸結(jié)束時(shí)添加了一個(gè)串行中斷信號。意味著它會在發(fā)送完數(shù)據(jù)之后，設(shè)置TX低電平一段時(shí)間（RTOS任務(wù)節(jié)拍為單位）。

// Write data to UART, end with a break signal.uart_write_bytes_with_break(uart_num, 'test breakn',strlen('test breakn'), 100);

將數(shù)據(jù)寫入Tx FIFO緩沖區(qū)的另一個(gè)功能是uart_tx_chars()。不像uart_write_bytes()，此功能在可用空間之前不會阻塞。相反，它將寫入可立即放入硬件Tx FIFO中的所有數(shù)據(jù)，然后返回已寫入的字節(jié)數(shù)。

有一個(gè)“陪伴”功能uart_wait_tx_done()，可監(jiān)視Tx FIFO緩沖區(qū)的狀態(tài)并在其為空時(shí)返回。

// Wait for packet to be sentconst int uart_num = UART_NUM_2;ESP_ERROR_CHECK(uart_wait_tx_done(uart_num, 100)); // wait timeout is 100 RTOS ticks (TickType_t)

3.4.2 接收

UART接收到數(shù)據(jù)并將其保存在Rx FIFO緩沖區(qū)后，需要使用函數(shù)進(jìn)行讀出uart_read_bytes()。，這個(gè)函數(shù)會阻塞待在那里，直到讀滿需要的字節(jié)，或是超時(shí)。

在讀取數(shù)據(jù)之前，您可以調(diào)用來檢查Rx FIFO緩沖區(qū)中可用的字節(jié)數(shù)uart_get_buffered_data_len()，然后再讀取相應(yīng)的內(nèi)容，這樣就不會造成不必要的阻塞。下面給出了使用這些功能的示例。

// Read data from UART.const int uart_num = UART_NUM_2;uint8_t data[128];int length = 0;ESP_ERROR_CHECK(uart_get_buffered_data_len(uart_num, (size_t*)&length));length = uart_read_bytes(uart_num, data, length, 100);

如果不再需要Rx FIFO緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，則可以通過調(diào)用清除緩沖區(qū)uart_flush()。

四、串口回環(huán)輸出

這里我將GPIO4、GPIO5改成了GPIO23、GPIO18

#include #include 'freertos/FreeRTOS.h'#include 'freertos/task.h'#include 'driver/uart.h'#include 'driver/gpio.h'/**

 * This is an example which echos any data it receives on UART1 back to the sender,

 * with hardware flow control turned off. It does not use UART driver event queue.

 *

 * - Port: UART1

 * - Receive (Rx) buffer: on

 * - Transmit (Tx) buffer: off

 * - Flow control: off

 * - Event queue: off

 * - Pin assignment: see defines below

 */#define ECHO_TEST_TXD  (GPIO_NUM_23)#define ECHO_TEST_RXD  (GPIO_NUM_18)#define ECHO_TEST_RTS  (UART_PIN_NO_CHANGE)#define ECHO_TEST_CTS  (UART_PIN_NO_CHANGE)#define BUF_SIZE (1024)static void echo_task(void *arg){

    /* Configure parameters of an UART driver,

     * communication pins and install the driver */

    uart_config_t uart_config = {

        .baud_rate = 115200,

        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,

        .parity    = UART_PARITY_DISABLE,

        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,

        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,

        .source_clk = UART_SCLK_APB,

    };

    uart_driver_install(UART_NUM_1, BUF_SIZE * 2, 0, 0, NULL, 0);

    uart_param_config(UART_NUM_1, &uart_config);

    uart_set_pin(UART_NUM_1, ECHO_TEST_TXD, ECHO_TEST_RXD, ECHO_TEST_RTS, ECHO_TEST_CTS);

    // Configure a temporary buffer for the incoming data

    uint8_t *data = (uint8_t *) malloc(BUF_SIZE);

    while (1) {

        // Read data from the UART

        int len = uart_read_bytes(UART_NUM_1, data, BUF_SIZE, 20 / portTICK_RATE_MS);

        // Write data back to the UART

        uart_write_bytes(UART_NUM_1, (const char *) data, len);

    }}void app_main(void){

    xTaskCreate(echo_task, 'uart_echo_task', 1024, NULL, 10, NULL);}

五、串口隊(duì)列接收

/*********************************************************************

 * INCLUDES

 */#include #include #include #include 'freertos/FreeRTOS.h'#include 'freertos/task.h'#include 'freertos/queue.h'#include 'driver/uart.h'#include 'esp_log.h'#define BUF_SIZE (1024)#define UART_MAX_NUM_RX_BYTES (1024)static void uartEventTask(void *pvParameters);/*********************************************************************

 * LOCAL VARIABLES

 */static QueueHandle_t s_uart0Queue;static const char *TAG = 'board_uart';/*********************************************************************

 * PUBLIC FUNCTIONS

 *//**

 @brief 串口驅(qū)動初始化

 @param 無

 @return 無

*/void UART_Init(void){

    // Configure parameters of an UART driver,

    // communication pins and install the driver

    uart_config_t uart_config = 

    {

        .baud_rate = 115200,

        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,

        .parity = UART_PARITY_DISABLE,

        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,

        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE    };

    uart_param_config(UART_NUM_0, &uart_config);                                            // 配置串口0參數(shù)

    uart_set_pin(UART_NUM_0, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE);// 配置串口0引腳

    // Install UART driver, and get the queue.

    uart_driver_install(UART_NUM_0, BUF_SIZE * 2, BUF_SIZE * 2, 100, &s_uart0Queue, 0);     // 安裝UART驅(qū)動程序

    // Create a task to handler UART event from ISR

    xTaskCreate(uartEventTask, 'uartEventTask', 2048, NULL, 12, NULL);  }/*********************************************************************

 * LOCAL FUNCTIONS

 */static void uartEventTask(void *pvParameters){

    uart_event_t event;

    uint8_t *pTempBuf = (uint8_t *)malloc(UART_MAX_NUM_RX_BYTES);

    for(;;)

    {

        // Waiting for UART event.

        if(xQueueReceive(s_uart0Queue, (void *)&event, (portTickType)portMAX_DELAY))

        {

            bzero(pTempBuf, UART_MAX_NUM_RX_BYTES);

            switch(event.type)

            {

                // Event of UART receving data

                // We'd better handler data event fast, there would be much more data events than

                // other types of events. If we take too much time on data event, the queue might be full.

                case UART_DATA:

                    // ESP_LOGI(TAG, '[UART DATA]: %d', event.size);

                    uart_read_bytes(UART_NUM_0, pTempBuf, event.size, portMAX_DELAY);

                    uart_write_bytes(UART_NUM_0, (const char *)pTempBuf, event.size);

                    break;

                // Event of HW FIFO overflow detected

                case UART_FIFO_OVF:

                    ESP_LOGI(TAG, 'hw fifo overflow');

                    // If fifo overflow happened, you should consider adding flow control for your application.