前言

嵌入式应用通常要求一个简单的并且占用系统资源少的方法来传输数据。通用异步收发传输器 (UART) 即可以满足这些要求，它能够灵活地与外部设备进行全双工数据交换。ESP32 芯片中有3个UART控制器可供使用，并且兼容不同的UART设备。另外，UART还可以用作红外数据交换 (IrDA) 或 RS-485 调制解调器。

主要特性

• 支持3路UART，发送与接收FIFO共享RAM
• 支持5/6/7/8位数据长度
• 支持RS485、IrDA协议
• 支持DMA高速通信
• 支持UART唤醒模式

UART架构

• 架构图中主要分为发送模块与接收模块，发送接收FIFO缓存数据，FIFOCtrl用于控制FIFO的读写，为了提高数据的传输效率，可以使用DMA方式进行数据发送和接收
  注意：UART处于睡眠Light-Sleep状态时，会通过Wakeup_Ctrl计算rxd_in的脉冲个数，当Rxd边沿变化次数大于阈值时，传输给RTC模块来唤醒UART控制器；目前仅UART0和UART1具备Light-Sleep功能，且rxd_in不能通过GPIO交换矩阵，只能通过IO_MUX输入

功能描述

UART共享RAM图

• 3路UART控制器FIFO共享1K的RAM空间，可以通过配置UART_RX_SIZE对指定UART的FIFO进行扩展【最大1024Byte】，提高整体的利用率；当UART控制器不使用时，可以通过配置UART_MEM_PD来使RAM进入低功耗状态

波特率自检测

• 通过置位UART_AUTOBAUD_EN使能波特率自动检测，接收端连续检测多个数据包，获取最小的高低H/L电平脉冲宽度，来确认发送方的波特率
  

注意：UART2 没有 Tx_FIFO 以及 Rx_FIFO 的复位寄存器。UART1 的 UART1_TXFIFO_RST 和 UART1_RXFIFO_RST 会影响 UART2 的工作。因此，只有在 UART2 的 Tx_FIFO 和 Rx_FIFO 中没有数据时，才可以置位这两个寄存器。

数据帧

• 数据一桢从起始位START开始，并以停止位STOP结束；STOP位可以通过UART_STOP_BIT_NUM、UART_DL1_EN 和 UART_DL0_EN来配置1/1.5/2/3位宽；数据位通过UART_BIT_NUM可配置5-8位；UART_PARITY 选择奇校验或偶校验；
• TX_FIFO中数据发送完成后会产生UART_TX_DONE_INT中断；置位UART_TXD_BRK寄存器可设置发送完成后可继续发送NULL数据帧；数据帧可通过UART_TX_IDEL_NUM配置最小间隔
  

流控

UART 控制器有两种数据流控方式：硬件流控和软件流控。硬件流控主要通过输出信号 rtsn_out 以及输入信号dsrn_in 进行数据流控制。软件流控主要通过在发送数据流中插入特殊字符以及在接收数据流中检测特殊字符来实现数据流控功能。

UART DMA(UDMA)控制器

• ESP32的3个UART接口共用2个UDMA控制器，通过UHCI×_UART_CE寄存器选择配置。

寄存器列表

代码实例

API与数据结构

设置通信参数：接口esp_err_t uart_param_config(uart_port_t uart_num, const uart_config_t *uart_config)

• 接口uart_param_config通过数据结构uart_config_t来配置串口参数，返回ESP_OK表明配置成功

const int uart_num = UART0;
uart_config_t uart_config = {
    .baud_rate = 115200,//波特率
    .data_bits = UART_DATA_8_BITS,//数据位
    .parity = UART_PARITY_DISABLE,//奇偶校验
    .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,//停止位
    .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_CTS_RTS//使能流控
    .rx_flow_ctrl_thresh = 122,//接收流控阈值
   };// Configure UART parametersESP_ERROR_CHECK(uart_param_config(uart_num, &uart_config));

参数也可以单独调用接口配置

设置通信引脚：接口esp_err_t uart_set_pin(uart_port_t uart_num, int tx_io_num, int rx_io_num, int rts_io_num, int cts_io_num)

• 关联收发以及流控引脚，不使用或想保持当前配置的可以调用宏UART_PIN_NO_CHANGE

// 设置串口引脚(TX: IO16  RX: IO17 RTS: IO18(UART2 default), , CTS: IO19(UART2 default), )
ESP_ERROR_CHECK(uart_set_pin(UART_NUM_2, 16, 17, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE));

驱动安装：接口esp_err_t uart_driver_install(uart_port_t uart_num, int rx_buffer_size, int tx_buffer_size, int queue_size, QueueHandle_t *uart_queue, int intr_alloc_flags)
安装串口驱动，分配缓存的大小与事件队列的深度；传入参数参数分别为

• uart_num：串口号【0 - 2】
• rx_buffer_size：硬件接收缓存大小，串口接收数据会自动缓存到BUFF中
• tx_buffer_size：发送缓存大小，设为0时，发送的数据会进入堵塞状态等待发送完成
• queue_size：串口事件的队列大小
• uart_queue：串口事件的队列句柄，用于串口事件触发时数据同步
• intr_alloc_flags：中断分配的标识，默认填0

驱动删除：接口esp_err_t uart_driver_delete(uart_port_t uart_num)

• 释放原先分配的资源

通信发送：接口int uart_write_bytes(uart_port_t uart_num, const void *src, size_t size)

• 指定UART口发送给定长度的数据，如果配置的tx_buffer_size大于0，会将数据拷贝到FIFI缓冲器中并立即返回

数据接收：接口int uart_read_bytes(uart_port_t uart_num, void *buf, uint32_t length, TickType_t ticks_to_wait)

• 指定ticks_to_wait超时时间内，读取最大长度为length的数据

中断使用：串口状态或检测到错误时，可使能指定中断触发

• 事件检测：数据结构uart_event_type_t定义了相关的事件，可通过uart_driver_install接口分配队列，利用FreeRtos进行数据传递，可参考peripherals/uart/uart_events代码
• FIFO溢出或收发超时：接收发送buff溢出或发送接收数据超时可触发中断，可通过接口uart_intr_config配置，查看数据结构uart_intr_config_t选择事件绑定
• 字符检测：通过接口uart_enable_pattern_det_intr进行使能，主要应用AT命令应用中，单硬件检测到连续相同的字符时，触发中断，可参考peripherals/uart/uart_events代码

例程代码

例程可参考idf目录下的test_uart.c，路径esp-idf\components\driver\test

#define UART_NUM1        	(UART_NUM_1)//端口
#define BUF_SIZE               (256)//缓存,大于128byte
#define UART1_RX_PIN      	(17)//关联引脚
#define UART1_TX_PIN      	(16)
#define UART1_RTS_PIN  		(UART_PIN_NO_CHANGE)
#define UART1_CTS_PIN  		(UART_PIN_NO_CHANGE)
static void test_task(void *pvParameters)
{
	uint8_t recvbuf[BUF_SIZE];
	int len;
	
    uart_config_t uart_config =
    {
        .baud_rate = 115200,//波特率
        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,//8位数据
        .parity    = UART_PARITY_DISABLE,//不校验
        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,//1位停止位
        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,//禁用流控
        .source_clk = UART_SCLK_APB,//apb时钟源
    };
    uart_driver_install(UART_NUM1, BUF_SIZE, 0, 0, NULL, 0);//驱动安装
    uart_param_config(UART_NUM1, &uart_config);//配置参数
    uart_set_pin(UART_NUM1, UART1_TX_PIN, UART1_RX_PIN, UART1_RTS_PIN, UART1_CTS_PIN);//配置引脚
	
	while(1)
	{
		len = uart_read_bytes(UART_NUM1, recvbuf, BUF_SIZE, 100 / portTICK_RATE_MS);//读取数据
		if(len)
		{
			uart_write_bytes(UART_NUM1, (const char *) recvbuf, len);//返回接收数据
		}
	}
}

UART0使用

当引脚不够时，考虑使用UART0时，只需要在app_mian里面重新配置下UART0即可

参考API

C++/MFC 串口通讯——光源控制器控制

一.背景
1、平台
VS2010+MFC+64位编译平台+使用 Unicode 字符集
2、 字符、字word、字节byte、位bit
(1)字符是指计算机中使用的字母、数字、字和符号。
(2)1word=2bytes=8bits
(3)开发是在vs2010下做的，默认字符集编码是Unicode，但在之前的工程中，默认的字符集形式是多字节字符集。
CString属于所谓的宽字符集，一个字符占两个字节；char类型属于窄字符集，一个char字符占一个字节，所以它们之间的转换涉及到字节大小的转换。CString默认采用unicode编码，而char采用ansi编码，两种编码中单个字符占的存储大小也是不同的。
假设正常COM接收的数据为：23 33 31… 如果直接用Cstring，接收到的数据为23 00 33 00…
需要进行转化：UniCode 下 CString 转 char* 的方法

3、光源控制器的硬件规范&数据格式(帧格式)

(1)特征字 ＝ #
(2)命令字 ＝ 1，2，3，4，分别定义为：打开对应通道亮度，关闭对应通道亮度，设置对应通道亮度参数，读出对应通道亮度参数。
当命令字为1，2，3时，如控制器接收命令成功，则返回特征字$；如控制器接收命令失败，则返回&。
当命令字为4时，如控制器接收命令成功，则返回对应通道的亮度设置参数（返回格式跟发送格式相同）；如控制器接收命令失败，则返回&。
(3) 通道字 ＝ 1，2，3，4。分别代表4个输出通道。
(4)数据 ＝ 0XX（XX=00～FF内的任一数值），对应通道电源的设置参数，转化为十进制为0~255。
(5)异或和校验字 ＝ 除校验字外的字节（包括：特征字，命令字，通道字和数据）的异或校验和

4、串口通信常用API

二.程序
1、定义全局变量

HANDLE hcom1;//光源所在串口
OVERLAPPED m_osRead;// 用于重叠读
OVERLAPPED m_osWrite;// 用于重叠写
bool Open_ComPort1,light1_OpenOrClose=false;//是否成功打开串口，是否打开光源

2、串口初始化

hcom1 = CreateFile(L"COM2",GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING ,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,NULL);
	if (hcom1 == INVALID_HANDLE_VALUE)
	{
		MessageBox(_T("打开串口失败！"));
		Open_ComPort1=false;
	}
	else
	{
		DCB dcb;
		GetCommState(hcom1,&dcb);
		dcb.BaudRate = 9600;//波特率
		dcb.ByteSize = 8;//数据长度
		dcb.Parity = 0;//无奇偶校验位
		dcb.StopBits = 0;//停止位，0代表1，1代表1.5,2代表2
		SetCommState(hcom1,&dcb);
		Open_ComPort1=true;
	}

3、串口通讯函数

//发送指令并读取返回值，SendData(createStr(3,1,50)),指令字为4时更新显示框
bool C光源控制Dlg::SendData(CString data)
{
	//初始化缓冲区中的信息
	PurgeComm(hcom1, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT);//清空缓冲区
	//发送指令
	BYTE reciveBuf[20];
	DWORD readLen=0;
	USES_CONVERSION;
	char* cstr = T2A(data);
	if(WriteSerial(cstr,8)<=0)
	{
		MessageBox(_T("串口指令发送失败！"));
		return false;
	}
	//接收反馈
	Sleep(100);
	int c=0;
	for( c=0;c<10;c++)
	{    
		int getReciveLength,readBufferLength;
		getReciveLength=getBufferLength();
		if(getReciveLength>0)		
		{  
			readBufferLength=ReadSerial(reciveBuf,getBufferLength());
			if(readBufferLength==1)//只有1个，代表命令字为1、2、3
			{
				if(reciveBuf[0]=='#')
				{
					return true;	
				}
				else
				{
					MessageBox(_T("光源控制器指令接收失败！"));
					return false;
				}
			}
			else//多个代表命令4，读取亮度值
			{
				int l=0;
				if(reciveBuf[0]=='#')
				{
					CString strValue=_T("00"),strValueTemp;
					strValue.Format(_T("%c%c"),reciveBuf[4],reciveBuf[5]);
					//16进制化成10进制
					BYTE decValue=(BYTE)(conHexStrToByte((char)strValue[0])*16+conHexStrToByte((char)strValue[1]));
					CString byte2cstring_temp;
					byte2cstring_temp.Format(_T("%s"),decValue);
					SetDlgItemText(IDC_EDIT_LightNum1,byte2cstring_temp);
					UpdateData(false);
				}
				else
				{
					MessageBox(_T("光源控制器反馈的数据格式错误！"));
					return false;
				}
			}
			break;
		}
		Sleep(15);
	}
	if(c>=10)
	{
		MessageBox(_T("读取光源控制器反馈超时！"));
		return false;
	}
	return true;
}
//输入命令字、通道和亮度值(3,1,50修改通道1亮度->50)，输出命令语句# 3 1 032 17
CString  C光源控制Dlg::createStr(BYTE command,BYTE channle,BYTE data)
{
	char *conHex =new char[3];
	CString returnStr=_T("#"),temp,temp2; //将第1通道亮度设为50，则以ASCII码向下写“#3103217”
	//+命令字
	temp.Format(_T("%d"),command);
	returnStr+=temp;
	//+通道
	temp.Format(_T("%d"),channle);
	returnStr+=temp;
	//+亮度值
	if(data>15)
	{
		sprintf(conHex, "0%X", data);//十进制转十六进制
	}
	else
	{
		sprintf(conHex, "00%X", data);
	}
	temp2=conHex;
	returnStr=returnStr+temp2;
	//把所有的字符异或运算,+异或和校验字
	int i;
	BYTE xorData=returnStr[0];
	for(i=1;i<returnStr.GetLength();i++)
	{
		xorData=xorData^returnStr[i];
	}
	sprintf(conHex, "%X", xorData);
	temp2=conHex;
	returnStr=returnStr+temp2;
	return returnStr;
}
//向串口写入命令
DWORD C光源控制Dlg::WriteSerial(char *chBuf, DWORD dwLength)
{
	/*I/O设备处理的WriteFile和ReadFile会阻塞线程
	解决方法一：使用另一个线程进行I/O。
	即 CreateThread(…………)；创建一个子线程做其他事情。Readfile(^…………)；阻塞方式读数据。
	解决方法二：使用overlapped I/O。
	overlapped I/O是WIN32的一项技术，你可以要求操作系统为你传送数据，并且在传送完毕时通知你。
	这项技术使你的程序在I/O进行过程中仍然能够继续处理事务。事实上，操作系统内部正是以线程来I/O完成overlapped I/O。*/
	memset(&m_osWrite,0,sizeof(OVERLAPPED));
	BOOL bState;
	COMSTAT comStat;
	DWORD dwErrorFlags;	
	ClearCommError(hcom1, &dwErrorFlags, &comStat);	
	bState = WriteFile(hcom1, chBuf, dwLength, &dwLength, &m_osWrite);
	//因为是overlapped操作，ReadFile会将读文件请求放入读队列之后立即返回（false）,而不会等到文件读完才返回(true)
	//如果bState=true表示写入成功了，而false就不一定了
	if(!bState)
	{
		if(GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)//正在写入过程
		{
			GetOverlappedResult(hcom1, &m_osWrite, &dwLength, TRUE);// 没写完，等待。。
		}
		else//出错了
		{
			dwLength = 0;
		}
	}
	return dwLength;
}
//查看串口返回字节数
DWORD C光源控制Dlg::getBufferLength()
{
	memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED));
	COMSTAT comStat;
	DWORD dwErrorFlags;
	ClearCommError(hcom1, &dwErrorFlags, &comStat);
	return comStat.cbInQue;
}
//读取串口返回信息
DWORD C光源控制Dlg::ReadSerial(BYTE *chBuf, DWORD dwLength)
{
	DWORD nLen;
	COMSTAT comStat;
	DWORD dwErrorFlags;
	ClearCommError(hcom1, &dwErrorFlags, &comStat);
	nLen = min(dwLength, comStat.cbInQue);
	ReadFile(hcom1, chBuf, nLen, &nLen, &m_osRead);
	return nLen;
}
//16进制转BYTE
BYTE C光源控制Dlg::conHexStrToByte(char str)
{
	if(str>='0' &&str<='9')
	{
		return str-48;
	}else if(str=='a'||str=='A')
	{
		return 10;
	}else if(str=='b'||str=='B')
	{
		return 11;
	}else if(str=='c'||str=='C')
	{
		return 12;
	}else if(str=='d'||str=='D')
	{
		return 13;
	}else if(str=='e'||str=='E')
	{
		return 14;
	}else if(str=='f'||str=='F')
	{
		return 15;
	}
	return 0;
}

4、控制指令

//开关光源
	if (light1_OpenOrClose)//开>>关
	{
		if (SendData(createStr(2,1,255)))//已经关了
		{
			light1_OpenOrClose=false;
			GetDlgItem(IDC_EDIT_LightNum1)->EnableWindow(FALSE);
			GetDlgItem(IDC_SPIN_LightNum1)->EnableWindow(FALSE);
		}
		else
		{
			GetDlgItem(IDC_EDIT_LightNum1)->EnableWindow(TRUE);
			GetDlgItem(IDC_SPIN_LightNum1)->EnableWindow(TRUE);
		}
	} 
	else//关>>开
	{
		if (SendData(createStr(1,1,255)))
		{
			light1_OpenOrClose=true;
			SendData(createStr(4,1,0));//打开光源，更新参数
			GetDlgItem(IDC_EDIT_LightNum1)->EnableWindow(TRUE);
			GetDlgItem(IDC_SPIN_LightNum1)->EnableWindow(TRUE);
		}
		else
		{
			GetDlgItem(IDC_EDIT_LightNum1)->EnableWindow(FALSE);
			GetDlgItem(IDC_SPIN_LightNum1)->EnableWindow(FALSE);
		}
	}
//文本框输入亮度+回车确认
BOOL C光源控制Dlg::PreTranslateMessage(MSG* pMsg)
{
	// TODO: 在此添加专用代码和/或调用基类
	if (pMsg->message == WM_KEYDOWN && pMsg->wParam == VK_RETURN)
	{
		if (GetFocus()->GetDlgCtrlID() == IDC_EDIT_LightNum1)//按下回车，如果当前焦点是在自己期望的控件上
		{
			int b=_ttoi(m_LightNum1);
			SendData(createStr(3,1,b));
		}
		return TRUE;
	}
	if (pMsg->message == WM_KEYDOWN && pMsg->wParam == VK_ESCAPE)
		return TRUE;
	return CDialogEx::PreTranslateMessage(pMsg);
}

联想笔记本win10系统，因为卸载一个可恶的深度绑定的软件，不小心删除了名称接近的注册表信息，导致图中下面的几个USB驱动被删除，出现黄色感叹号警示。USB接口都失效了，键鼠无法连接。

解决办法： 

 1.win+R进入运行界面，输入msconfig，打开以上控制面板，勾选安全引导，点击应用，确定保存后，重启电脑即进入安全模式，此时键鼠已恢复连接。

2.再次进入以上界面，去掉安全引导应用保存后重启电脑即可。