0.摘要
本文以STM32F1x系列單片機為例，主要介紹了序列槽的初始化、序列槽中斷、接收/發送、序列槽調試等内容，也順帶講到中斷分組、半主機模式以及微庫MicroLIB。
1.序列槽初始化
序列槽初始化主要包括對IO、USART和中斷的初始化。根據STM32F1x手冊RM0008的P166，USART在全雙工模式下，發送口TX要配置成複用推挽輸出，接收口RX要配置成浮空輸入或上拉輸入。此外，本文不使用USART的硬體流控制，所謂硬體流控制就是通過加入額外的引腳（RTS和CTS）來控制資料的收發過程，在資料傳輸之前确認收發雙方均準備好才進行通信，用于防止接收緩沖區滿而導緻的資料丢失問題。
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*function: 初始化序列槽1
*param: 序列槽波特率
*return:
******************************************************/
void USART1_Init(unsigned int BaudRate)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA時鐘
/* TX - PA.9 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //複用推挽輸出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* RX - PA.10 */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //PA.10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
USART_InitStructure.USART_BaudRate = BaudRate; //波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字長8位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //停止位1位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //無奇偶校驗
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //無硬體資料流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收/發模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE); //開啟接收中斷
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE); //開啟空閑中斷
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
中斷部分的配置較為簡單，主要涉及中斷分組的問題。在說中斷分組之前，必須先了解中斷優先級：STM32F1x的中斷優先級分為搶占優先級（先優先級）和響應優先級（從優先級），不同搶占優先級的中斷可互相打斷（即互相嵌套）。搶占優先級相同的兩個中斷不可互相打斷，先發生（中斷）者先執行，如果同時發生（中斷），則高響應優先級者先執行。這兩個優先級在STM32F1x中通過寄存器的4個位來表示，究竟用多少個位表示搶占優先級，多少個位表示響應優先級呢？STM32F1x并沒有定死，而是通過中斷分組來讓使用者靈活配置設定。各中斷分組定義如下圖所示（截自UM0427的P228）。本文由于隻使用了一個中斷，是以選擇任何一個分組的任何一個優先級都無所謂。
/*****************************************************
*function: 序列槽1中斷配置
*param:
*return:
******************************************************/
void NVIC_Config(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); //中斷分組1：1位搶占優先級，3位響應優先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn; //中斷通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1; //搶占優先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3; //子優先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //使能中斷
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
2.序列槽接收
序列槽接收通過中斷來實作，即當接收到資料時，産生中斷，程式轉去處理接收到的資料。接收資料用的中斷包括接收中斷（RXNE）和空閑中斷（IDLE），如下圖所示（截自RM0008的P821）。接收中斷較好了解，就是每接收到一個位元組的資料，就會産生中斷。而空閑中斷則是在接收完多個連續的位元組（即一個資料幀）之後産生中斷。
本文同時開啟接收中斷和空閑中斷，序列槽每收到一個位元組的資料，就進入接收中斷，把它讀取出來放好。當收完一幀資料時，就會進入空閑中斷，把所接收的n個位元組的資料列印出來（序列槽列印見下一小節）。由于同個USART的中斷共用一個中斷服務函數，故在函數中需要對中斷源進行判斷，再執行相應的操作。值得注意的是，每次進入中斷都要讀一下DR寄存器（Data Register），否則将不斷地進入中斷。
/*****************************************************
*function: 序列槽1中斷服務函數，列印接收到的位元組
*param:
*return:
******************************************************/
void USART1_IRQHandler(void)
{
static unsigned char buff[64];
static unsigned char n = 0;
unsigned char i;
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET) //判斷是否為接收中斷
{
buff[n++] = USART1->DR; //讀取接收到的位元組資料
if(n == 64)
{
n = 0;
}
}
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET) //判斷是否為空閑中斷
{
USART1->DR; //讀DR，清标志
printf("%d characters:\r\n", n);
for(i=0; i<n; i++)
{
printf("buff[%d] = 0x%02hhx\r\n", i, buff[i]); //輸出十六進制，保留最低兩位，不夠補0
}
n = 0;
}
}
3.序列槽發送與printf列印
前面說的的DR寄存器是一個可讀寫寄存器（實際上是由兩個寄存器組成），序列槽的發送和接收都要圍着它轉，收到的資料從它裡面讀，而發送的資料要往它裡面扔。序列槽的發送操作非常簡單，一條語句就能搞定，就是往DR寄存器寫入要發送的資料：
USART1->DR = data;
或者使用庫函數：
USART_SendData(USART1, data);
序列槽在嵌入式領域不僅是一個通訊接口，還是一種調試工具，其好用程度不亞于硬體仿真。學過C語言的朋友應該都知道标準庫函數printf()和scanf()，前者用于列印資訊到控制台上，後者實作從鍵盤讀入字元到程式。Keil、IAR等內建開發環境均支援标準庫函數，如果在單片機的程式裡調用printf()列印内容，最終會在哪裡顯示呢？答案是不可知的，因為單片機沒有控制台這種東西，但我們可以利用它的外設來實作printf()，比如LCD或序列槽（序列槽再接到電腦上顯示列印資訊）。序列槽基本上大多數單片機都有，而LCD就不一定了，是以我們通常用序列槽來列印内容。
那麼隻要是有序列槽的單片機，調用一下printf()就可以列印資訊了嗎？還沒那麼簡單，單片機并不能猜透你的意圖，你需要告訴它往哪裡printf，通過下面的fputc()函數來實作。fputc()是printf()的底層函數，需要把它改裝一番，讓它把要列印的資料發送到序列槽上去。
/*****************************************************
*function: 寫字元檔案函數
*param1: 輸出的字元
*param2: 檔案指針
*return: 輸出字元的ASCII碼
******************************************************/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TC) == RESET); //等待上次發送結束
USART_SendData(USART1, (unsigned char)ch); //發送資料到序列槽
return ch;
}
除此之外，我們還要再做一點配置工作——禁用半主機模式，禁用了半主機模式才能使用标準庫函數printf()列印資訊到序列槽，在程式中加入以下代碼即可。那麼什麼是半主機模式？為什麼不用它？半主機模式是ARM單片機的一種調試機制，跟序列槽調試不一樣的是，它需要通過仿真器來連接配接電腦和ARM單片機，并調用相應的指令來實作單片機向電腦顯示器列印資訊（或者從電腦鍵盤讀取輸入）。簡而言之，這種方法比序列槽調試更複雜（需要進行更多的配置操作），也更不靈活（一定要用仿真器）。
/********** 禁用半主機模式 **********/
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int a;
};
FILE __stdout;
void _sys_exit(int x)
{
}
上面的配置似乎有點麻煩，要加入這麼一堆難懂的代碼，難道沒有更簡便點的方法嗎？有，但不推薦。方法是使用微庫（MicroLIB），隻要在Keil的“Options for Target -> Target ->Use MicroLIB”上打鈎，即可使用序列槽列印（fputc()函數還是要改，但上述代碼不用加）。微庫是差別于C标準庫的另一個庫，當使用微庫時，就預設關閉了半主機模式，也就不用添加上面的代碼。這樣雖然友善，但個人建議能不用就不用，原因：第一，微庫是為小記憶體嵌入式裝置而設計的，使用它可以減少代碼所占空間，但對現在STM32等單片機來說，記憶體一般都夠用，微庫并非必需；第二，微庫相對于C标準庫而言，支援的功能更少，主要展現在對作業系統的支援上。總的來說，标準的東西總是相對更可靠，是以不必要的掉坑，還是用C标準庫，不用微庫。
4.最後
我們還需要一個USB轉TTL子產品和一台裝有序列槽調試軟體的電腦，就可以看到單片機列印到序列槽上的内容了。從此，如果我們想看某個變量的值，可以列印一下，想看程式跑到哪個地方，也可以列印一下，想讓單片機向世界say個hello，還是可以列印一下。媽媽再也不用擔心我的調試！
主函數：
int main()
{
USART1_Init(115200);
NVIC_Config();
printf("Hello, world!\r\n");
printf("Please enter any character:\r\n");
while(1);
}
運作效果：
參考：
[1] RM0008 (STM32F1x使用者手冊)
[2] UM0427 (STM32F101x/STM32F103x固件庫手冊)
[3] Keil官方對半主機模式semihosting的介紹
[4] Keil官方對微庫MicroLib的介紹