嵌入式开发中，UART串口是最常见的一种通信接口，你知道为啥串口这么常见吗？本文就带你深入了解串口最底层的本质内容。

一、什么是串口通讯？

串行通讯是指仅用一根接收线和一根发送线就能将数据以位进行传输的一种通讯方式。尽管串行通讯的比按字节传输的并行通信慢，但是串口可以在仅仅使用两根线的情况下就能实现数据的传输。

典型的串口通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，所以端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶的校验。对于两个需要进行串口通信的端口，这些参数必须匹配，这也是能够实现串口通讯的前提。

二、串口通讯的通讯协议？

最初数据是模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口出现了RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能，这就促生了RS485。

我们知道串口通信的数据传输都是0和1，在单总线、I2C、UART中都是通过一根线的高低电平来判断逻辑1或者逻辑0，但这种信号线的GND再与其他设备形成共地模式的通信，这种共地模式传输容易产生干扰，并且抗干扰性能也比较弱。所以差分通信、支持多机通信、抗干扰强的RS485就被广泛的使用了。

RS485通信最大特点就是传输速度可以达到10Mb/s以上，传输距离可以达到3000米左右。大家需要注意的是虽然485最大速度和最大传输距离都很大，但是传输的速度是会随距离的增加而变慢的，所以两者是不可以兼得的。

三、串口通讯的物理层

串口通讯的物理层有很多标准，例如上面提到的，我们主要讲解RS-232标准，RS-232标准主要规定了信号的用途、通讯接口以及信号的电平标准。

在上面的通讯方式中，两个通讯设备的"DB9接口"之间通过串口信号线建立起连接，串口信号线中使用"RS-232标准"传输数据信号。由于RS-232电平标准的信号不能直接被控制器直接识别，所以这些信号会经过一个"电平转换芯片"转换成控制器能识别的"TTL校准"的电平信号，才能实现通讯。

下图为DB9标准串口通讯接口：

DB9引脚说明：

上表中的是计算机端的DB9公头标准接法，由于两个通讯设备之间的收发信号(RXD与TXD)应交叉相连，所以调制调解器端的DB9母头的收发信号接法一般与公头的相反，两个设备之间连接时，只要使用"直通型"的串口线连接起来即可。

串口线中的RTS、CTS、DSR、DTR及DCD信号，使用逻辑 1表示信号有效，逻辑0表示信号无效。例如，当计算机端控制DTR信号线表示为逻辑1时，它是为了告知远端的调制调解器，本机已准备好接收数据，0则表示还没准备就绪。

四、波特率

波特率是指数据信号对载波的调制速率，它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示；

比如波特率为9600bps；代表的就是每秒中传输9600bit，也就是相当于每一秒中划分成了9600等份。

因此，那么每1bit的时间就是1/9600秒=104.1666...us。约0.1ms。既然是9600等份，即每1bit紧接着下一个比特，不存在额外的间隔。两台设备要想实现串口通讯，这收发端设置的波特率必须相同，否则是没办法实现通讯的。

收发波特率一致可以实现通讯：

收发波特率不一致，导致RX端不能正常接收：

五、串口通讯的数据结构

起始位： 起始位必须是持续一个比特时间的逻辑0电平，标志传输一个字符的开始，接收方可用起始位使自己的接收时钟与发送方的数据同步。

数据位： 数据位紧跟在起始位之后，是通信中的真正有效信息。数据位的位数可以由通信双方共同约定。传输数据时先传送字符的低位，后传送字符的高位。

奇偶校验位： 奇偶校验位仅占一位，用于进行奇校验或偶校验，奇偶检验位不是必须有的。如果是奇校验，需要保证传输的数据总共有奇数个逻辑高位；如果是偶校验，需要保证传输的数据总共有偶数个逻辑高位。

停止位： 停止位可以是是1位、1.5位或2位，可以由软件设定。它一定是逻辑1电平，标志着传输一个字符的结束。

空闲位： 空闲位是指从一个字符的停止位结束到下一个字符的起始位开始，表示线路处于空闲状态，必须由高电平来填充。

六、单双工通讯

单工： 数据传输只支持数据在一个方向上传输；

半双工： 允许数据在两个方向上传输，但某一时刻只允许数据在一个方向上传输，实际上是一种切换方向的单工通信，不需要独立的接收端和发送端，两者可合并为一个端口；

全双工： 允许数据同时在两个方向上传输，因此全双工通信是两个单工方式的结合，需要独立的接收端和发送端。

七、STM32中的串口通讯

STM32串口通信接口有两种，分别是：UART(通用异步收发器)、USART(通用同步异步收发器)，对于大容量STM32F10x系列芯片，分别由3个USART和两个UART。

对于两芯片的间的连接，两个芯片GND共地，同时TXD和RXD交叉连接，这样两个芯片间可进行TTL电平通信。

但如果对于芯片和PC机相连，除了共地条件外，不能使用如上的直接交叉连接，虽然两者都有TXD和RXD引脚，但通常PC机使用的是RS232接口（9针），通常是TXC和RXD经过电平转换得到，故如果要使芯片与PC机的RS232接口直接通信，需要将芯片的输入输出端口也电平转换为RS232类型，再交叉连接，二者的电平标准不同：

单片机的点评标准(TTL电平）：+5V表示1，0V表示0；RS232电平标准：+15/+13V表示0，-15/-13表示1。

因此单片机与PC机进行串口通信应该遵循：在单片机串口与上位机给出的RS232口之间，通过电平转换电路实现TTL电平与RS232电平间的转换。如果使用USB转串口也可以实现串口通讯，USB转串口电路图如下所示。

本应用笔记应用将以 KF32A151 为例进行介绍如何进行硬件设计。

正常的程序，都不会跳出main，但是，如果跳出了 main 函数，程序到底去哪儿了，你有相关这个问题吗？

一、问题提出

今天在单片机led模块定义函数中看到一个有趣的问题。提问者在进行基本的C51编程实验，编写了一个简单的C51程序如下：

#include <REGX51.H>

void test(num) {
    switch(num) {
        case 1: P2_0=0; P2_1=0; 
            break;
    }
}

void main(void) {
    test(1);
}

程序执行完之后，可以看到实验板上的有两个LED被点亮，另外六个居然微微发亮。

如果在主程序中，增加一个无限循环：while(1); ，则电路板上的就不再会出现“微微点亮”的现象了。

#include <REGX51.H>

void test(num) {
    switch(num) {
        case 1: P2_0=0; P2_1=0; 
            break;
    }
}

void main(void) {
    test(1);
    while(1);
}

上面两种情况的区别，在于第二个程序中主循环 main()函数始终没有退出，而第一个程序，main()函数退出了。似乎前面LED微微点亮 应该与主函数退出之后，单片机都干了些啥有关系。

那么就剩下一个问题：对于普通的嵌入式系统，C语言编程中main()函数退出之后，程序去哪儿了？

二、程序去哪儿了？

从上面提问者书写的代码来看，应该是一位C51的爱好者，使用的是C51的编译器，在一款C51开发板上愉快的进行实验。他一开始没有安装嵌入式程序开发的惯例 在主程序void main(void)中利用无限循环将程序控制在主程序函数中，就出现了前面实验结果中令人迷惑的情况。

“注：他是一个胆大心细的人，观察还挺仔细的。”

2.1 盘古开天辟地

对于C语言编程来说，所有的用户程序世界是从主程序main()开始的。给用户程序开天辟地的任务是由一小段盘古代码STARTUP.A51。

51单片机程序执行流程（STARTUP.A51管理Main函数的执行）

下面截取了STARTUP.A51 代码的一段，可以看到盘古在单片机RESET之后做了点准备工作（初始化全局变量、堆栈指针）之后，就直接跳转至：?C_START

 NAME    ?C_STARTUP

?C_C51STARTUP   SEGMENT   CODE
?STACK          SEGMENT   IDATA

                RSEG    ?STACK
                DS      1

                EXTRN CODE (?C_START)
                PUBLIC  ?C_STARTUP

                CSEG    AT      0
?C_STARTUP:     LJMP    STARTUP1

                RSEG    ?C_C51STARTUP

STARTUP1:

IF IDATALEN <> 0
                MOV     R0,#IDATALEN - 1
                CLR     A
IDATALOOP:      MOV     @R0,A
                DJNZ    R0,IDATALOOP
ENDIF

IF XDATALEN <> 0
                MOV     DPTR,#XDATASTART
                MOV     R7,#LOW (XDATALEN)
  IF (LOW (XDATALEN)) <> 0
                MOV     R6,#(HIGH (XDATALEN)) +1
  ELSE
                MOV     R6,#HIGH (XDATALEN)
  ENDIF
                CLR     A
XDATALOOP:      MOVX    @DPTR,A
                INC     DPTR
                DJNZ    R7,XDATALOOP
                DJNZ    R6,XDATALOOP
ENDIF

IF PPAGEENABLE <> 0
                MOV     PPAGE_SFR,#PPAGE
ENDIF

IF PDATALEN <> 0
                MOV     R0,#LOW (PDATASTART)
                MOV     R7,#LOW (PDATALEN)
                CLR     A
PDATALOOP:      MOVX    @R0,A
                INC     R0
                DJNZ    R7,PDATALOOP
ENDIF

IF IBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_IBP)

                MOV     ?C_IBP,#LOW IBPSTACKTOP
ENDIF

IF XBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_XBP)

                MOV     ?C_XBP,#HIGH XBPSTACKTOP
                MOV     ?C_XBP+1,#LOW XBPSTACKTOP
ENDIF

IF PBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_PBP)
                MOV     ?C_PBP,#LOW PBPSTACKTOP
ENDIF

                MOV     SP,#?STACK-1
                LJMP    ?C_START

                END

上面的代码也被博文51单片机程序执行流程（STARTUP.A51）中进行逐步调试跟踪验证过：

2.2 世界尽头

由于进入main()函数是长跳转，所以main函数是不会正常返回到启动程序STARTUP.A51，那么程序去哪了？

在博文单片机C语言while(1)的问题中作者对于KEIL编译器和PIC的MAPLAB编译器对于main函数的最后时光进行了反汇编查看。

Keil编译器

在main函数的最后，程序增加了一下几行代码：

MOV R0, #0x7F
CLR A
MOV @R0, A
DJNZ R0, (3)
MOV SP, #0x0C
LJMP main

这几条语句，前4条，是将我们单片机的内存的前128个地址清零，第5条，是定义堆栈，第6条，是将程序重新跳转到main函数的首行进行执行。

MAPLAB编译器

PIC 单片机语言程序进行跟踪，发现main() 函数最后一条语句为 reset，也就是单片机直接复位，这是 MAPLAB编译器根据 PIC 单片机特点增加的复位语句。

总结

对于嵌入式系统，如果没有运行RTOS，那么程序开发中的主函数（main()）需要通过某种机制使其永远愉快的运行下去，它没有终点。如果想从main函数中退出，具体干什么是由所使用的C语言编译器决定的。

单片机开发或多或少都会接触一些汇编代码，今天就来说说关于汇编在C中的定义和调用，以及举例说明嵌套汇编代码。

概述

有认真研究，或者说细心一点的读者应该都知道：C中定义汇编代码与编译器有关。

比如：你在core_cm4.h文件会看到如下的代码：

#if   defined ( __CC_ARM )
  #define __ASM            __asm                                      /*!< asm keyword for ARM Compiler          */
  #define __INLINE         __inline                                   /*!< inline keyword for ARM Compiler       */
  #define __STATIC_INLINE  static __inline

#elif defined ( __GNUC__ )
  #define __ASM            __asm                                      /*!< asm keyword for GNU Compiler          */
  #define __INLINE         inline                                     /*!< inline keyword for GNU Compiler       */
  #define __STATIC_INLINE  static inline

#elif defined ( __ICCARM__ )
  #define __ASM            __asm                                      /*!< asm keyword for IAR Compiler          */
  #define __INLINE         inline                                     /*!< inline keyword for IAR Compiler. Only available in High optimization mode! */
  #define __STATIC_INLINE  static inline

#elif defined ( __TMS470__ )
  #define __ASM            __asm                                      /*!< asm keyword for TI CCS Compiler       */
  #define __STATIC_INLINE  static inline

#elif defined ( __TASKING__ )
  #define __ASM            __asm                                      /*!< asm keyword for TASKING Compiler      */
  #define __INLINE         inline                                     /*!< inline keyword for TASKING Compiler   */
  #define __STATIC_INLINE  static inline

#elif defined ( __CSMC__ )
  #define __packed
  #define __ASM            _asm                                      /*!< asm keyword for COSMIC Compiler      */
  #define __INLINE         inline                                    /*use -pc99 on compile line !< inline keyword for COSMIC Compiler   */
  #define __STATIC_INLINE  static inline
#endif

如果你写过Keil C51，你还会发现有如下（通过预处理）嵌套汇编：

#pragma asm

; Assembler Code Here

#pragma endasm

所以，你会发现，不同的编译器，汇编代码还是有差异。当然，这里主要是说C中嵌套汇编与编译器有关。

C中嵌套汇编代码

常见两种定义：

1.在C函数中定义一段汇编代码；

2.在C文件中定义一个汇编函数；

（当然，两个意思差不多，都是在C中嵌套汇编）

上面说了C中定义汇编代码与编译器有关，换句话说：不同编译器解析汇编代码的方式不同。

这里还是拿core_cm3.c来举例说明，定义一个__get_PSP函数。

在Keil MDK中定义：

__ASM uint32_t __get_PSP(void)
{
  mrs r0, psp
  bx lr
}

在IAR EWARM中定义：

uint32_t __get_PSP(void)
{
  __ASM("mrs r0, psp");
  __ASM("bx lr");
}

__asm（__ASM）关键字用于调用内联汇编程序，并且可在 C 或 C++ 语句合法时出现。

看到这里，推荐阅读我分享的一篇文章：单片机用汇编和C语言点灯程序的区别

举例

下面举一些常见例子。

1.FreeRTOS中portmacro.h文件下源代码：

static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void )
{
uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;

  __asm
  {
    /* Set BASEPRI to the max syscall priority to effect a critical section. */
    msr basepri, ulNewBASEPRI
    dsb
    isb
  }
}

2.FreeRTOS中port.c文件下源代码：

__asm void xPortPendSVHandler( void )
{
  extern uxCriticalNesting;
  extern pxCurrentTCB;
  extern vTaskSwitchContext;

  PRESERVE8

  mrs r0, psp
  isb

  ldr  r3, =pxCurrentTCB    /* Get the location of the current TCB. */
  ldr  r2, [r3]

  stmdb r0!, {r4-r11}      /* Save the remaining registers. */
  str r0, [r2]        /* Save the new top of stack into the first member of the TCB. */

  stmdb sp!, {r3, r14}
  mov r0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
  msr basepri, r0
  dsb
  isb
  bl vTaskSwitchContext
  mov r0, #0
  msr basepri, r0
  ldmia sp!, {r3, r14}

  ldr r1, [r3]
  ldr r0, [r1]        /* The first item in pxCurrentTCB is the task top of stack. */
  ldmia r0!, {r4-r11}      /* Pop the registers and the critical nesting count. */
  msr psp, r0
  isb
  bx r14
  nop
}

3.内核复位

这是之前分享过的一篇文章《STM32复位来源》中的代码：

__asm void NVIC_CoreReset_a(void)
{
  LDR R0, =0xE000ED0C
  LDR R1, =0x05FA0001
  STR R1, [R0]
deadloop_Core
  B deadloop_Core
}

举了这些常见例子，没有说透，但相信只要认真理解了都能明白。