單片機(jī)串口通信控制臺(tái)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)

1. 前言

玩過Linux的朋友, 是不是對(duì)Linux無(wú)所不能的串口Shell命令控制臺(tái)羨慕不已, 要是自己做的STM32F系列低檔次的MCU也有這種控制交互能力, 會(huì)給調(diào)試/維護(hù)和配置省下多少麻煩事呀, 比如啟動(dòng)/關(guān)閉調(diào)試或自檢模式, 打印調(diào)試信息, 配置系統(tǒng)參數(shù), 傳輸文件等等, 也有相當(dāng)多的朋友憑借自己出色的編程能力可以實(shí)現(xiàn)這些功能, 這里提出我的這個(gè)解決方案, 以作交流.

本平臺(tái)(xc_shell)具備以下性能特點(diǎn):

大量主要代碼, 和具體硬件無(wú)關(guān), 移植性強(qiáng),代碼文件少.

只有在處理用戶的輸入命令時(shí), 才占用CPU資源, 且代碼可裁剪到1KB SRAM和4KB Flash;

用戶可以非常靈活的添加按模板編寫的命令腳本文件, 自定義擴(kuò)張能力強(qiáng).

支持操作系統(tǒng)和非操作系統(tǒng)兩種場(chǎng)景應(yīng)用.

支持Ymodem文件傳輸協(xié)議

支持將Flash的扇區(qū)開辟為參數(shù)區(qū), 可實(shí)現(xiàn)本地/遠(yuǎn)程升級(jí)。

實(shí)用Led燈信號(hào)管理, 可將65535虛擬信號(hào)燈選擇輸出到1個(gè)實(shí)體LED燈上, 調(diào)試時(shí)序和狀態(tài)非常有用

擁有基礎(chǔ)的LED管理, 調(diào)試模式設(shè)置, 命令幫助指令, 復(fù)位指令等基礎(chǔ)功能

功能越多設(shè)計(jì)會(huì)越復(fù)雜, 為了解釋清楚代碼, 先向大家解釋一下以上功能的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)原理，并提供一個(gè)最小的的源碼工程。

2. xc_shell平臺(tái)介紹

2.1 如何實(shí)現(xiàn)硬件無(wú)關(guān)

類比Linux會(huì)發(fā)現(xiàn), 設(shè)備的硬件接口往往會(huì)被虛擬成一個(gè)文件(驅(qū)動(dòng)), 而Linux內(nèi)核完全與硬件系統(tǒng)無(wú)任何字節(jié)關(guān)聯(lián), 不同平臺(tái)驅(qū)動(dòng)不同而已, 故而本xc_shell的串口驅(qū)動(dòng)也采用了相似的思路:

1）串口驅(qū)動(dòng)用一個(gè)結(jié)構(gòu)體描述, 這樣只需在xc_shell.c中用指針指向這個(gè)TTYx_HANDLE結(jié)構(gòu)體對(duì)象就可以將串口(tty)硬件與內(nèi)核聯(lián)系在一起, 聰明的朋友可能會(huì)想到, 假如我將帶網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)板按此結(jié)構(gòu)體,虛擬一個(gè)TTY對(duì)象, 豈不是就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制臺(tái)了! ?這點(diǎn)確實(shí)是可以的!

2）當(dāng)然諸如多TTY串口實(shí)現(xiàn)接口互換等，都是一個(gè)指針和step2中的注入回調(diào)處理交換的問題。

3）用戶在使用api_TxdFrame或api_TxdByte時(shí)”bsp_ttyX.c“，會(huì)驅(qū)動(dòng)具體MCU的串口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，收到一幀數(shù)據(jù)后，若用戶設(shè)置了inj_RcvFrame回調(diào)處理方法，則會(huì)在中斷中執(zhí)行用戶的回調(diào)處理。

/*---------------------*?
*?????指正函數(shù)定義
*----------------------*/
typedef?void????(*pvFunDummy)(void);
?
//輸入整行,輸出邏輯
typedef?void????(*pvFunVoid)?(void);
typedef?void????(*pvFunBool)?(bool?????bVal);
typedef?void????(*pvFunChar)?(uint8_t??cVal);
typedef?void????(*pvFunShort)(uint16_t?sVal);
typedef?void????(*pvFunWord)?(uint32_t?wVal);
?
//輸入整行,輸出邏輯
typedef?bool????(*pbFunVoid)?(void);
typedef?bool????(*pbFunBool)?(bool?????bVal);
typedef?bool????(*pbFunChar)?(uint8_t??cVal);
typedef?bool????(*pbFunShort)(uint16_t?sVal);
typedef?bool????(*pbFunWord)?(uint32_t?wVal);
?
//輸入整形指針,輸出邏輯
typedef?bool????(*pbFun_pVoid)?(void?*?pVoid);
typedef?bool????(*pbFun_pChar)?(uint8_t??*?pStr);
typedef?bool????(*pbFun_pShort)(uint16_t?*?pShor);
typedef?bool????(*pbFun_pWord)?(uint32_t?*?pWord);
?
//輸入數(shù)據(jù)幀,輸出邏輯
typedef?bool????(*pbFun_Buffx)(void?*?pcBuff,?uint16_t?len?);
typedef?bool????(*pbFun_Bytex)(uint8_t?*?pcByte,?uint16_t?len?);
/*---------------------*?
*????TTYx?句柄結(jié)構(gòu)
*----------------------*/
typedef?struct?TTYx_HANDLE_STRUCT?
{
????const?char??*?const?name;???????//驅(qū)動(dòng)器名
????const?uint16_t??????rxSize;?????//接收大小
????const?uint16_t??????txSize;?????//發(fā)送大小
????
????//------------------------------------------------------
????//step1:?用戶可用API
????const?pvFunWord?????init;???????????//初始化.
????const?pbFun_Bytex???api_TxdFrame;???//發(fā)送數(shù)據(jù)幀.?(發(fā)送幀)
????const?pbFunChar?????api_TxdByte;????//發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)
????
????//------------------------------------------------------
????//step2:?注入回調(diào)函數(shù)
????pbFun_Bytex?????????inj_RcvFrame;???//(ISR)接收數(shù)據(jù)幀.?(接收幀)
????pvFunDummy??????????inj_TxdReady;???//(ISR)發(fā)送完畢回調(diào)
????
????//------------------------------------------------------
????//step3:?接收回調(diào)函數(shù)
????struct?TTYx_HANDLE_STRUCT?*?pvNext;?//連接到下一個(gè)指令?
}TTYx_HANDLE;

可注入的命令腳本（CLI）實(shí)現(xiàn)

命令CLI也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體對(duì)象：

/*---------------------*?
*???????CLI指令
*----------------------*/
typedef?struct
{
?const?char?*?const??pcCmdStr;?????//指令字符串(只能為小寫字母)
?const?char?*?const??pcHelpStr;?????//指令描述,必須以:"
結(jié)束".?比如:"help:?Returns?a?list
".
?const?pFunHook??????pxCmdHook;?????//指向回調(diào)函數(shù)的指針,處理成功返回真否者返回0;
?uint8_t?????????????ucExpParam;?????//指令期望的參數(shù)個(gè)數(shù)
?const?MEDIA_HANDLE?*phStorage;??????//指向存儲(chǔ)介質(zhì),沒有的話填充NULL??
}Cmd_Typedef_t;

各位朋友可能會(huì)使用到非常多的自定義CLI命令，格式諸如這個(gè)網(wǎng)卡的命令：

const?Cmd_Typedef_t?CLI_WizMsg=
{
????//識(shí)別關(guān)鍵字
????.pcCmdStr???=?"wiz",
????//幫助內(nèi)容
????.pcHelpStr??=
????"[WIZ?contorls]
"
?"?wiz?help
"
?"?wiz?rd?info
"
?"?wiz?reset
"
?"?wiz?wr?ip?...
"
?"?wiz?wr?mask?...
"
?"?wiz?wr?way?...
"
?"?wiz?wr?mac?--
-
-
-

"
?"?wiz?wr?port????
"
?"?wiz?wr?sip?...?
"
?"?wiz?wr?cip?...?
"
?"?wiz?load?default
"
?"[WIZ?Test?mode]
"
?"?wiz?loop?open
"
?"?wiz?loop?close
"
?"
",
?
?//處理函數(shù)
?.pxCmdHook??=?&Shell_WIZ_Service,????????//見實(shí)體函數(shù)
?
?//附帶數(shù)據(jù)
?.ucExpParam?=?0,
?
??#ifdef?SHELL_USE_YMODEM??
????//存儲(chǔ)介質(zhì)
????.phStorage??=?NULL,
??#endif
};
/*---------------------*?
*???????CLI?鏈表節(jié)
*----------------------*/
Cmd_List_t??WizList???=?{?&CLI_WizMsg,???NULL,};?//Shell指令的頭

如配置IP地址輸入“wiz wr ip 192.168.1.250 ”則可以了

3. 環(huán)境準(zhǔn)備

3.1 硬件開發(fā)環(huán)境

STM32F103系列開發(fā)板一塊，帶USART1接口。

USB轉(zhuǎn)串口線一根。

3.2 軟件開發(fā)環(huán)境

MDK4.72或以上

SecureCRT串口超級(jí)終端

3.3 軟件配置

在xc_shell使用“/r/n”作為命令的結(jié)束符，而SecureCRT按下Enter不是輸入“/r/n”故而需要按下圖設(shè)置：此外在《終端》/仿真/高級(jí)中選取【本地回顯】?

4. 代碼介紹

4.1 目錄結(jié)構(gòu)

□?XC_SHELL
├──┬──?BSP_LIB????BSP庫(kù)，硬件相關(guān)驅(qū)動(dòng)代買
│??├────?bsp_ledx.c???基礎(chǔ)LED驅(qū)動(dòng)??????
│??└────?bsp_tty0.c???調(diào)試串口驅(qū)動(dòng)
│
├──┬──MDK-ARM?????工程文件
│??└────?Project.uvproj
│
├──┬──SHELL_CFG???SHELL配置頭文件
│??└────?user_eval.h
│
├──┬──SHELL_CORE??SHELL內(nèi)核文件
│??├────?xc_shell.c???SHELL內(nèi)核文件
│??├────?xc_ymodem.c??Ymodem傳輸協(xié)議（默認(rèn)關(guān)閉，在xc_shell.h中啟動(dòng)）
│??├────?xc_iap.c?????Flash的IAP操作，需要bsp_flash.c驅(qū)動(dòng)支持
│??└────?shell_iap.c??shell的用戶腳本模板
│
├──┬──SHELL_INC???SHELL頭文件
│??├────?bsp_type.h???驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)定義
│??├────?xc_shell.h???SHELL頭文件
│??└────?xconfig.h????硬件無(wú)關(guān)配置文件
│
├──┬──STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0??STM32的標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫(kù)
│??└────?......
│
└──┬──USER????????用戶文件????
???├─?.....???????
???└────?main.c????????main文件

4.2 工程設(shè)置要點(diǎn)

1）設(shè)置使用微庫(kù)：

2）配置包含和路徑，注意使用了“--c99”標(biāo)準(zhǔn)，如圖

3）編譯工程，無(wú)錯(cuò)誤警告后燒寫程序到開發(fā)板運(yùn)行。

4.3 最終效果

按圖輸入一下指令，SHELL平臺(tái)會(huì)回復(fù)相關(guān)信息。其中輸入“l(fā)ed set 0=1”會(huì)將信號(hào)1分配到物理LED0上；輸入“l(fā)ed set 0=2”會(huì)將信號(hào)2分配到物理LED0上。這樣用戶編寫程序代碼時(shí)相當(dāng)于擁有了超級(jí)多的LED信號(hào)可用，調(diào)試時(shí)序非常有用。?

5. 添加自己的指令腳本

5.1 源代碼示例

假設(shè)我要編寫一個(gè)自己的指令腳本，來(lái)讀取MCU的關(guān)鍵信息，關(guān)鍵字為mcu，文件命名為shell_mcu.c；當(dāng)輸入“mcu rd 0”時(shí)顯示MCU的FLASH大小，輸入“mcu rd 1”時(shí)讀取MCU的唯一ID信息。shell_mcu.c源代碼：

/*********************************Copyright?(c)*********************************
**???????????????????????????????
**?????????????????????????????????FIVE工作組
**
**---------------------------------File?Info------------------------------------
**?File?Name:???????????????shell_mcu.c
**?Last?modified?Date:??????2017/9/17?1557
**?Last?Version:????????????V1.0
**?Description:?????????????shell測(cè)試
**
**------------------------------------------------------------------------------
**?Created?By:??????????????wanxuncpx
**?Created?date:????????????2017/9/17?1508
**?Version:?????????????????V1.0
**?Descriptions:????????????none
**------------------------------------------------------------------------------
**?HW_CMU:??????????????????STM32F103
**?Libraries:???????????????STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0
**?version??????????????????V3.5
*******************************************************************************/
?
/******************************************************************************
更新說(shuō)明:
******************************************************************************/
?
/******************************************************************************
*********************************??編?譯?控?制?********************************
******************************************************************************/
#define?MCU_SHELL???????????????//注釋掉時(shí)屏蔽iap?shell功能
?
#include?"xc_shell.h"???????//Shell支持文件,含bool,uint8_t..以及串口數(shù)據(jù)收發(fā)操作
/******************************************************************************
*********************************?文件引用部分?********************************
******************************************************************************/
/*---------------------*?
*?????模塊驅(qū)動(dòng)引用
*----------------------*/
//#include?"net_w5500.h"
?
#ifdef?MCU_SHELL
/******************************************************************************
**********************************?Shell實(shí)例?**********************************
******************************************************************************/
/*---------------------*?
*??????CLI指令服務(wù)
*----------------------*/
extern?bool?Shell_MCU_Service(void?*?pcBuff,?uint16_t?len?);
?
/*---------------------*?
*???????CLI?結(jié)構(gòu)
*----------------------*/
const?Cmd_Typedef_t?CLI_McuMsg=
{
????//識(shí)別關(guān)鍵字
????"mcu",
????
????//幫助內(nèi)容
?"[mcu?contorls]
"
?"?mcu?rd?		-?Read?FLASH?information.
"
?"
",
?
?//處理函數(shù)
?&Shell_MCU_Service,
?
?//附帶數(shù)據(jù)
?0,
??#ifdef?SHELL_USE_YMODEM??
????//存儲(chǔ)介質(zhì)
????NULL,
??#endif
};
?
/*---------------------*?
*?????CLI鏈表節(jié)(輸出)
*----------------------*/
Cmd_List_t??McuList??=?{&CLI_McuMsg??????,NULL};?//IAP指令鏈表
?
/******************************************************************************
*********************************?函?數(shù)?聲?明?*********************************
******************************************************************************/
/******************************************************************************
/?函數(shù)功能:STM32F103控制函數(shù)
/?修改日期:2015/7/14?2002
/?輸入?yún)?shù):none
/?輸出參數(shù):none
/?使用說(shuō)明:需要執(zhí)行約10s
******************************************************************************/
static?bool?FLASH_ioctl(uint8_t?cmd,void?*?param)
{
????#define?UID_ADDR????????????0x1FFFF7E0??//閃存容量寄存器,值對(duì)應(yīng)KB單位
????#define?MAC_ADDR????????????0x1FFFF7E8??//MCU的唯一ID號(hào),共12個(gè)字節(jié)
????#define?UID_SIZE????????????2???????????//UID的字節(jié)數(shù)
????#define?MAC_SIZE????????????12??????????//MAC的字節(jié)數(shù)
?
????//step1:?檢查參數(shù)
????if(!param)return?false;
????????
????//step2:?處理數(shù)據(jù)
????switch(cmd){
??????case?0?:?{???????//獲取FLASH的的UID
????????uint16_t?*?ptDst?=?(uint16_t?*)((uint32_t)param+1);
????????
????????*ptDst?=?*(uint16_t?*)UID_ADDR;
????????*(uint8_t??*)param?=??UID_SIZE;
????????return?true;
??????}
??????case?1?:?{???????//獲取芯片的MAC地址
????????uint32_t?*?ptDst?=?(uint32_t?*)((uint32_t)param+1);
????????uint32_t?*?ptSrc?=?(uint32_t?*)MAC_ADDR;
????
????????*ptDst++?=?*ptSrc++;
????????*ptDst++?=?*ptSrc++;
????????*ptDst++?=?*ptSrc++;
????????*(uint8_t??*)param?=?MAC_SIZE;
????????return?true;
??????}
??????default:return?false;
????}
}
?
/******************************************************************************
/?函數(shù)功能:文件系統(tǒng)Shel指令處理
/?修改日期:2013/9/10?1915
/?輸入?yún)?shù):輸入當(dāng)前的程序版本
/?輸出參數(shù):none
/?使用說(shuō)明:none
******************************************************************************/
bool?Shell_MCU_Service(void?*?pcBuff,?uint16_t?len?)
{
????uint8_t????*ptRxd;??????????//用于接收指令處理
????int?????????i;
????uint16_t????retval;
????uint8_t?????buff[32];
????
????//處理指令
????//--------------------------------------------------------------------------
????ptRxd?=?(uint8_t?*)pcBuff;
????
????if(StrComp(ptRxd,"rd?"))?//讀取FLASH信息
????{
????????int?wval;
????????
????????if(1?!=?sscanf((void?*)ptRxd,"%*s%d",&wval)?)return?false;
????????if(?wval>2?)return?false;
????????if(0==wval)?{
????????????FLASH_ioctl(0,buff);
????????????retval?=?*(uint16_t?*)(buff+1)?;
????????????printf("->Flash:	%dKB
",retval);
????????????return?true;
????????}
????????else?if(1==wval)?{
????????????FLASH_ioctl(1,buff);
????????????printf("->MAC:	?");
????????????for(i=0;?i

	?

	?

	5.2 實(shí)現(xiàn)步驟

	1） 將該文件添加到工程下。

	2） 在main.c中用extern 引用McuList，源代碼為：

	?

	?
/*---------------------*?
*?????Shell指令鏈表
*----------------------*/
extern?Cmd_List_t??McuList;


	?

	?

	3）在main.c初始化時(shí)添加：

	?

	?
//----------------------------------------------------------
//step1:?shell初始化
shell_Init(115200,ledx_cfg);????????//初始化shell接口
CLI_AddCmd(&McuList);?????//添加模塊指令到鏈表


	?

	?

	4）編譯工程文件。

	5）下載到開發(fā)板運(yùn)行即可在終端下看到新支持的CLI指令：

	

	審核編輯：黃飛