目錄
- 前言
- 1. 開發環境搭建
- 2. RTT Studio建立工程
- 3. CubeMX配置系統時鐘
- 4. SConscript建構目錄
- 5. UART裝置驅動程式
- 6. 擷取GPS定位資訊
- 小結
前言
本文基于STM32F429VET6單片機和RT-Thread Studio內建開發環境，使用CubeMX工具配置系統時鐘，SConscript建構目錄，通過RTThread的UART裝置、GPS RMC軟體包，實作了GPS模組ATGM336H定位資訊的實時擷取。
1. 開發環境搭建
- 硬體平台：STM32F429VET6
- 軟體版本：rt-thread-v4.1.0
- 開發環境：RT-Thread Studio 2.2.4
- GPS模組：ATGM336H-5N-31
2. RTT Studio建立工程
為了更好的了解RT-Thread Studio手動建構工程的過程，建立工程時選擇基于晶片，而不要選擇基于開發闆。根據實際情況選擇一個序列槽作為序列槽終端，按正常流程建立工程後，首先需要對系統時鐘進行配置。
遇到問題：在建立的工程裡無法打開CubeMX Setting，輕按兩下後進度條一閃而過！（如果是基于開發闆建立工程，則未遇到此問題。）
此問題應該是RT-Thread Studio在不同作業系統上連結CubeMX.exe時産生的相容性問題，網上查找一番後在RT-Thread社群找到答案，雖然該貼描述的是Win7系統，但我是Win10系統也得到解決，在此感謝社群網友。如果以下連結中的cubemx.exe無法下載下傳，也可以評論區留下郵箱。（也可以嘗試重新安裝最新版RT-Thread Studio）
解決方法：https://club.rt-thread.org/ask/question/136adc86e4d06132.html
3. CubeMX配置系統時鐘
RTT Studio建立的工程預設使用内部高速時鐘HSI，相對于外部晶振産生的時鐘精度更低。配置系統時鐘時有兩種方式：
方式一：直接修改drv_clk.c檔案，此方式适合于對時鐘樹熟練的使用者；
方式二：通過STM32CubeMX配置，此方式适合于熟悉CubeMX工具的使用者。（本文采用）
系統時鐘初始化過程：
hw_board_init() -> clk_init() -> system_clock_config()
1）board.h頭檔案：
定義系統時鐘相關宏，預設使用高速内部時鐘，主頻為最大180MHz。
/*-------------------------- CLOCK CONFIG BEGIN --------------------------*/
#define BSP_CLOCK_SOURCE ("HSI")
#define BSP_CLOCK_SOURCE_FREQ_MHZ ((int32_t)0)
#define BSP_CLOCK_SYSTEM_FREQ_MHZ ((int32_t)180)
/*-------------------------- CLOCK CONFIG END --------------------------*/
2）board.c源檔案：
在hw_board_init初始過程中調用clk_init()。
void hw_board_init(char *clock_src, int32_t clock_src_freq, int32_t clock_target_freq)
{
...
/* enable interrupt */
__set_PRIMASK(0);
/* System clock initialization */
clk_init(clock_src, clock_src_freq, clock_target_freq);
/* disbale interrupt */
__set_PRIMASK(1);
...
前後省略部分代碼
}
3）clk_dvr.c源檔案：
在clk_init中調用system_clock_config()。
void clk_init(char *clk_source, int source_freq, int target_freq)
{
system_clock_config(target_freq); //在clk_dvr.c中實作
}
注：在boad.c中調用rt_hw_board_init時将上述三個參數傳入，由此可見上述三個宏隻使用了一個參數target_freq，即目标頻率
4）CubeMX配置時鐘：
在此使用HSE外部時鐘，系統時鐘設定最大為180MHz。生成代碼時工配置勾選生成單獨的.c和.h檔案，以及隻生需要的庫檔案。
生成代碼後，直接關閉CubeMX軟體即可。第一次配置cubemx關閉軟體時會提示産生stm32f4xx_hal_conf_bak.h檔案，點選确認即可，也就是說後續将使用cubemx目錄下的stm32f4xx_hal_conf.h檔案配置。
回到RTT Studio項目資料總管，右擊->重新整理，此時使用CubeMX工具生成的完整目錄會自動更新到工程中。這時在項目中存在兩個main.c和兩份HAL驅動庫，需要通過SConscript來建構目錄選擇需要的檔案，是以先不執行編譯。
注：項目中bsp目錄是手動添加的，建立工程不存在此目錄。此時，如果直接編譯工程會報出幾百個錯誤！
4）調用系統時鐘配置函數：
有兩種方式：
一種是将SystemClock_Config()函數中的内容替換system_clock_config()函數中的内容，但是如果修改CubeMX時鐘配置後，每次都需要重新再修改一次system_clock_config()函數，是以選擇下面的方式。
另一種方式是外部聲明并直接調用SystemClock_Config()函數，注釋原來的system_clock_config()調用，這樣更新CubeMX配置後也不需要再修改代碼。
void clk_init(char *clk_source, int source_freq, int target_freq)
{
//注釋原來的時鐘配置，使用CubeMX的時鐘配置
//system_clock_config(target_freq);
extern void SystemClock_Config(void);
SystemClock_Config();
}
注：SystemClock_Config()和system_clock_config()是兩個不同的函數。
4. SConscript建構目錄
1）建構目錄
完成時鐘配置後，通過SConscript檔案重新建構cubemx目錄，以解決main.c和HAL庫重複、以及stm32f4xx_it.c、stm32f4xx_hal_msp.c、system_stm32f4xx.c等檔案無需引用的問題。這裡需要對SCon的内置函數有一些了解，SConscript 檔案使用Python文法，可以實作控制源碼檔案的加入，并且可以指定檔案的Group(類似于MDK5/IAR中的Group)。最快捷的方式是複制工程中其它SConscript檔案進行修改。
SConscript檔案源碼：
import os
from building import *
cwd = GetCurrentDir()
src = Glob('*.c')
src = Split('''
Src/main.c
''')
path = [cwd]
path += [cwd + '/Inc']
group = DefineGroup('cubemx', src, depend = [''], CPPPATH = path)
Return('group')
注：因為編譯時隻需要用到main.c檔案中的函數，是以Src目錄下其它的.c檔案不需要添加建構。
**DefineGroup(name， src， depend，parameters)函數參數描述：
| 參數 | 描述 |
|---|---|
| name | Group 的名字 |
| src | Group 中包含的檔案，一般指的是 C/C++ 源檔案。 |
| depend | Group 編譯時所依賴的選項 |
| parameters | 配置其他參數 |
parameters可加入的标志：
| 标志 | 描述 |
|---|---|
| CCFLAGS | C源檔案編譯參數 |
| CPPPATH | 頭檔案路徑 |
| CPPDEFINES | 連結時參數 |
| LIBRARY | 将元件生成的目标檔案打包成庫檔案 |
在cubemx目錄下添加SConcript檔案後，右擊->更新軟體包，即可完成目錄建構。建構結果如下:
提示：main.c中的SystemClock_Config()函數在clk_init()中調用，即上述配置的系統時鐘初始化；
2）修改main函數
建構目錄後工程中還包含兩個main函數，一個是applications/main.c檔案中的，一個是cubemx/main.c檔案中的。是以我們需要注釋cubemx/main.c中的main函數，或在其前面添加__WEAK關鍵詞将其弱化。但是每次配置CubeMX工具生成代碼後，都會更新cubemx中的main.c檔案，是以每次需要重新修改main函數。
修改main函數：
提示：第一次配置cubemx生成的代碼，自動會在main函數前添加WEAK關鍵字！
3）配置HAL序列槽子產品
如果此時直接編譯工程會提示序列槽結構體未定義，因為在CubeMX配置生成代碼後，工程會在drivers目錄下備份一個stm32f4xx_hal_conf_bak.h檔案（即上述提到的首次關閉cubemx時的提示。），而使用cubemx/Inc目錄下新生成的stm32f4xx_hal_conf.h檔案，但是在配置系統時鐘時并沒有對序列槽進行配置，即未開啟HAL_UART_MODULE_ENABLED宏定義。
此時有兩種方式可以解決：
方式一：重新打開cubemx工具配置一個序列槽，即建立工程時選擇的終端序列槽号；
方式二：手動開啟cubemx/stm32f4xx_hal_conf.h頭檔案中的序列槽子產品宏定義。（本文采用）
stm32f4xx_hal_conf.h檔案第78行：
#define HAL_UART_MODULE_ENABLED
此時再次編譯工程即可通過，下面進行序列槽驅動裝置程式的開發。
5. UART裝置驅動程式
1）使能UART裝置驅動
在建立工程時預設已經開啟了UART裝置，因為建立工程時已經選擇了一個序列槽作為終端控制的端口。
2）定義UART引腳
在board.h檔案配置相應的序列槽引腳，原文中注釋較長的描述了如何定義序列槽引腳和使用DMA方式，在此根據自己的實際情況選擇相應的序列槽引腳。以下定義了兩組序列槽，Console終端序列槽和GPS子產品序列槽。
//終端控制序列槽
#define BSP_USING_UART1
#define BSP_UART1_TX_PIN "PA9"
#define BSP_UART1_RX_PIN "PA10"
//GPS控制序列槽
#define BSP_USING_UART8
#define BSP_UART8_TX_PIN "PE1"
#define BSP_UART8_RX_PIN "PE0"
/*-------------------------- UART CONFIG END --------------------------*/
3）添加GPS軟體包
打開RT-Thread Setting界面，搜尋找到GPS RMC: Analysis of GPS RMC information。開啟此項功能，并修改Uart Port Name為上述定義的GPS子產品序列槽号，儲存并更新軟體包。
此時在項目資料總管中會自動添加packages目錄，各檔案功能描述如下：
- gps_rmc.c：實作GPS RMC資料格式轉換、定位資訊解析等方法；
- gps_rmc.h：定義GPS RMC資訊解析資料存儲結構體；
- rtt_gps_rmc_example.c：GPS元件初始化調試例程。
注：在rtt_gps_rmc_example.c檔案中預設定義了GPS序列槽裝置名稱為uart6，而在啟用GPS軟體包時配置了序列槽8，是以在rtconfig.h檔案中已經定義了GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME為“uart8”，兩處二選一并不沖突，避免誤解盡量改為一緻。以下為兩個檔案的定義：
rtconfig.h檔案：
/* tools packages */
#define PKG_USING_GPS_RMC
#define PKG_USING_GPS_RMC_LATEST_VERSION
#define GPS_RMC_USING_SAMPLE
#define GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME "uart8"
/* end of tools packages */
rtt_gps_rmc_example.c檔案部分源碼：
/* 定義GPS裝置名稱 */
#ifndef GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME
#define GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME "uart8" //手動修改為uart8，保持一緻。
#endif
/* 接收資料回調函數 */
static rt_err_t uart_input(rt_device_t dev, rt_size_t size)
{
/* 序列槽接收到資料後産生中斷，調用此回調函數，然後發送接收信号量 */
rt_sem_release(&rx_sem);
return RT_EOK;
}
/* GPS線程入口函數 */
void gps_rmc_sample_entry(void *p)
{
char buff[128] = {0}, *buff_p = buff, ch = 0;
struct gps_info info_data = {0};
gps_info_t info = &info_data;
while (1)
{
/* 從序列槽讀取一個位元組的資料，沒有讀取到則等待接收信号量 */
while (rt_device_read(uart, -1, &ch, 1) != 1)
{
/* 阻塞等待接收信号量，等到信号量後再次讀取資料 */
rt_sem_take(&rx_sem, RT_WAITING_FOREVER);
}
if (ch == '\n')
{
/* 在接收資料中查找“RMC字元串” */
if (rt_strstr((const char *)buff, "RMC"))
{
/* 解析并列印定位資訊 */
if (gps_rmc_parse(info, buff))
gps_print_info(info);
}
rt_memset(buff, 0, 128);
rt_memset(info, 0, sizeof(struct gps_info));
buff_p = buff;
continue;
}
*buff_p++ = ch;
}
}
/* GPS線程初始化 */
int gps_rmc_sample_entry_init(void)
{
uart = rt_device_find(GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME);
if (uart == RT_NULL)
{
rt_kprintf("Not find %s device.\r\n", GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME);
return RT_ERROR;
}
/* 初始化信号量 */
rt_sem_init(&rx_sem, GPS_RMC_SAMPLE_UART_NAME"_rx", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
/* 設定GPS序列槽波特率為9600 */
struct serial_configure config = RT_SERIAL_CONFIG_DEFAULT;
config.baud_rate = BAUD_RATE_9600;
rt_device_control(uart, RT_DEVICE_CTRL_CONFIG, &config);
/* 中斷接收方式開啟打開序列槽裝置 */
rt_device_open(uart, RT_DEVICE_FLAG_INT_RX);
/* 注冊串接收回調函數 */
rt_device_set_rx_indicate(uart, uart_input);
/* 建立GPS線程 */
rt_thread_t t = rt_thread_create("gps_rmc_p", gps_rmc_sample_entry, RT_NULL,2048, 20, 10);
if (t == RT_NULL)
{
rt_kprintf("Failde to create gps rmc info procees thread.\r\n");
return RT_ERROR;
}
/* 啟動GPS線程 */
if (rt_thread_startup(t) != RT_EOK)
{
rt_kprintf("Failde to startup gps rmc info procees thread.\r\n");
rt_thread_delete(t);
return RT_ERROR;
}
return RT_EOK;
}
/* 應用初始化：該函數傳回值需要為int型，否則會報警告 */
INIT_APP_EXPORT(gps_rmc_sample_entry_init);
rtt_gps_rmc_example.c檔案主要内容:
以應用初始化方式建立了“gps_rmc_p”線程，以中斷方式接收序列槽資料(即GPS子產品資料)，并對GPS定位資訊進行了解析，通過終端列印出來。也就是說在GPS子產品預設使用9600波特率時，不需要做任何代碼修改，即可實作GPS定位資訊輸出，這也充分展現了使用開源開發方式的高效。
6. 擷取GPS定位資訊
以上工程配置編譯通過後，隻需要連接配接GPS硬體子產品即可輸出GPS定位資訊，實測裝置上電後約10秒為首次擷取定位時間，輸出無效資料，之後每秒更新一次GPS定位有效資料。
修改代碼，列印GPS原始資料：
GNRMC資料格式說明：
1：$GNRMC, 格式ID，表示該格式為建議的最低特定GPS / TRANSIT資料（RMC）推薦最低定位資訊
2: UTC時間, 格式hhmmss.ssss，代表時分秒.毫秒
3: 狀态 A:代表定位成功 V:代表定位失敗
4: 緯度 ddmm.mmmmmm 度格式（如果前導位數不足，則用0填充）
5: 緯度 N(北緯) S(南緯)
6: 經度 dddmm.mmmmmm 度格式（如果前導位數不足，則用0填充）
7: 經度 E(東經) W(西經)
8: 速度（也為1.852 km / h）
9: 方位角，度（二維方向，等效于二維羅盤）
10: UTC日期 DDMMYY 天月年
11: 磁偏角（000-180）度，如果前導位數不足，則用0填充）
12: 磁偏角方向E =東W =西
13: 模式，A=自主模式，E=估算模式，N=資料模式，D=差分模式，M=未定位
14: 校驗和
15: 回車換行符
小結
學習RT-Thread裝置驅動時，需要先了解drivers驅動庫與HAL庫之間的關系，兩者之間可以通過CubeMX工具作為橋梁，合理利用CubeMX可有效提高開發效率。此外，RT-Thread Studio中的開源軟體包資源豐富，本文隻對GPS子產品功能進行測試，其它類似外設驅動也可以參照此方法實作快速開發。