第十九章 USMART调试组件实验
[mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板
2.软件平台：MDK5.1
3.固件库版本：V1.4.0
[/mw_shl_code]
本章，我们将向大家介绍一个十分重要的辅助调试工具：USMART调试组件。该组件由ALIENTEK 开发提供，功能类似linux的shell（RTT的finsh也属于此类）。USMART最主要的功能就是通过串口调用单片机里面的函数，并执行，对我们调试代码是很有帮助的。本章分为如下几个部分：
19.1 USMART调试组件简介
19.2 硬件设计
19.3 软件设计
19.4 下载验证
19.1 USMART调试组件简介
USMART是由ALIENTEK开发的一个灵巧的串口调试互交组件，通过它你可以通过串口助手调用程序里面的任何函数，并执行。因此，你可以随意更改函数的输入参数（支持数字（10/16进制，支持负数)、字符串、函数入口地址等作为参数），单个函数最多支持10个输入参数，并支持函数返回值显示，目前最新版本为V3.2。
USMART的特点如下：
1， 可以调用绝大部分用户直接编写的函数。
2， 资源占用极少（最少情况：FLASH:4K；SRAM:72B）。
3， 支持参数类型多（数字（包含10/16进制，支持负数）、字符串、函数指针等）。
4， 支持函数返回值显示。
5， 支持参数及返回值格式设置。
6， 支持函数执行时间计算（V3.1版本新特性）。
7， 使用方便。
有了USMART，你可以轻易的修改函数参数、查看函数运行结果，从而快速解决问题。比如你调试一个摄像头模块，需要修改其中的几个参数来得到最佳的效果，普通的做法：写函数à修改参数à下载à看结果à不满意à修改参数à下载à看结果à不满意….不停的循环，直到满意为止。这样做很麻烦不说，单片机也是有寿命的啊，老这样不停的刷，很折寿的。而利用USMART，则只需要在串口调试助手里面输入函数及参数，然后直接串口发送给单片机，就执行了一次参数调整，不满意的话，你在串口调试助手修改参数在发送就可以了，直到你满意为止。这样，修改参数十分方便，不需要编译、不需要下载、不会让单片机折寿。
USMART支持的参数类型基本满足任何调试了，支持的类型有：10或者16进制数字、字符串指针（如果该参数是用作参数返回的话，可能会有问题！）、函数指针等。因此绝大部分函数，可以直接被USMART调用，对于不能直接调用的，你只需要重写一个函数，把影响调用的参数去掉即可，这个重写后的函数，即可以被USMART调用了。
USMART的实现流程简单概括就是：第一步，添加需要调用的函数（在usmart_config.c里面的usmart_nametab数组里面添加）；第二步，初始化串口；第三步，初始化USMART（通过usmart_init函数实现）；第四步，轮询usmart_scan函数，处理串口数据。
经过以上简单介绍，我们对USMART有了个大概了解，接下来我们来简单介绍下USMART组件的移植。
USMART组件总共包含6文件如图19.1.1所示：
图19.1.1 USMART组件代码
其中redeme.txt是一个说明文件，不参与编译。其他五个文件，usmart.c负责与外部互交等。usmat_str.c主要负责命令和参数解析。usmart_config.c主要由用户添加需要由usmart管理的函数。
usmart.h和usmart_str.h是两个头文件，其中usmart.h里面含有几个用户配置宏定义，可以用来配置usmart的功能及总参数长度(直接和SRAM占用挂钩)、是否使能定时器扫描、是否使用读写函数等。
USMART的移植，只需要实现5个函数。其中4个函数都在usmart.c里面，另外一个是串口接收函数，必须由用户自己实现，用于接收串口发送过来的数据。
第一个函数，串口接收函数。该函数，我们是通过SYSTEM文件夹默认的串口接收来实现的，该函数在5.3.1节有介绍过，我们这里就不列出来了。SYSTEM文件夹里面的串口接收函数，最大可以一次接收200字节，用于从串口接收函数名和参数等。大家如果在其他平台移植，请参考SYSTEM文件夹串口接收的实现方式进行移植。
第二个是void usmart_init(void)函数，该函数的实现代码如下：
//初始化串口控制器
//sysclk:系统时钟（Mhz）
void usmart_init(u8 sysclk)
{
#if USMART_ENTIMX_SCAN==1
Timer4_Init(1000,(u32)sysclk*100-1);
//分频,时钟为10K ,100ms中断一次,注意,计数频
//率必须为10Khz,以和runtime单位(0.1ms)同步.
#endif
usmart_dev.sptype=1; //十六进制显示参数
}
该函数有一个参数sysclk，就是用于定时器初始化。另外USMART_ENTIMX_SCAN是在usmart.h里面定义的一个是否使能定时器中断扫描的宏定义。如果为1，就初始化定时器中断，并在中断里面调用usmart_scan函数。如果为0，那么需要用户需要自行间隔一定时间（100ms左右为宜）调用一次usmart_scan函数，以实现串口数据处理。注意：如果要使用函数执行时间统计功能（runtime 1），则必须设置USMART_ENTIMX_SCAN为1。另外，为了让统计时间精确到0.1ms，定时器的计数时钟频率必须设置为10Khz，否则时间就不是0.1ms了。
第三和第四个函数仅用于服务USMART的函数执行时间统计功能（串口指令：runtime 1），分别是：usmart_reset_runtime和usmart_get_runtime，这两个函数代码如下：
//复位runtime
//需要根据所移植到的MCU的定时器参数进行修改
void usmart_reset_runtime(void)
{
TIM_ClearFlag(TIM4,TIM_FLAG_Update);//清除中断标志位
TIM_SetAutoreload(TIM4,0XFFFF);//将重装载值设置到最大
TIM_SetCounter(TIM4,0); //清空定时器的CNT
usmart_dev.runtime=0;
} //获得runtime时间
//返回值:执行时间,单位:0.1ms,最大延时时间为定时器CNT值的2倍*0.1ms
//需要根据所移植到的MCU的定时器参数进行修改
u32 usmart_get_runtime(void)
{
if(TIM_GetFlagStatus(TIM4,TIM_FLAG_Update)==SET)//在运行期间,产生了定时器溢出
{
usmart_dev.runtime+=0XFFFF;
}
usmart_dev.runtime+=TIM_GetCounter(TIM4);
return
usmart_dev.runtime; //返回计数值
}
这里我们利用定时器4来做执行时间计算，usmart_reset_runtime函数在每次USMART调用函数之前执行，清除计数器，然后在函数执行完之后，调用usmart_get_runtime获取整个函数的运行时间。由于usmart调用的函数，都是在中断里面执行的，所以我们不太方便再用定时器的中断功能来实现定时器溢出统计，因此，USMART的函数执行时间统计功能，最多可以统计定时器溢出1次的时间，对STM32F4的定时器4，该定时器是16位的，最大计数是65535，而由于我们定时器设置的是0.1ms一个计时周期（10Khz），所以最长计时时间是：65535*2*0.1ms=13.1秒。也就是说，如果函数执行时间超过13.1秒，那么计时将不准确。
最后一个是usmart_scan函数，该函数用于执行usmart扫描，该函数需要得到两个参量，第一个是从串口接收到的数组（USART_RX_BUF），第二个是串口接收状态（USART_RX_STA）。接收状态包括接收到的数组大小，以及接收是否完成。该函数代码如下：
//usmart扫描函数
//通过调用该函数,实现usmart的各个控制.该函数需要每隔一定时间被调用一次
//以及时执行从串口发过来的各个函数.
//本函数可以在中断里面调用,从而实现自动管理.
//非ALIENTEK开发板用户,则USART_RX_STA和USART_RX_BUF[]需要用户自己实现
void usmart_scan(void)
{
u8
sta,len;
if(USART_RX_STA&0x8000) //串口接收完成？
{
len=USART_RX_STA&0x3fff; //得到此次接收到的数据长度
USART_RX_BUF[len]='\0'; //在末尾加入结束符.
sta=usmart_dev.cmd_rec(USART_RX_BUF);//得到函数各个信息
if(sta==0)usmart_dev.exe(); //执行函数
else
{
len=usmart_sys_cmd_exe(USART_RX_BUF);
if(len!=USMART_FUNCERR)sta=len;
if(sta)
{
switch(sta)
{
case
USMART_FUNCERR:
printf("函数错误!\r\n");
break;
case
USMART_PARMERR:
printf("参数错误!\r\n");
break;
case
USMART_PARMOVER:
printf("参数太多!\r\n");
break;
case
USMART_NOFUNCFIND:
printf("未找到匹配的函数!\r\n");
break;
}
}
}
USART_RX_STA=0;//状态寄存器清空
}
}
该函数的执行过程：先判断串口接收是否完成（USART_RX_STA的最高位是否为1），如果完成，则取得串口接收到的数据长度（USART_RX_STA的低14位），并在末尾增加结束符，再执行解析，解析完之后清空接收标记（USART_RX_STA置零）。如果没执行完成，则直接跳过，不进行任何处理。
完成这几个函数的移植，你就可以使用USMART了。不过，需要注意的是，usmart同外部的互交，一般是通过usmart_dev结构体实现，所以usmart_init和usmart_scan的调用分别是通过：usmart_dev.init和usmart_dev.scan实现的。
下面，我们将在第十八章实验的基础上，移植USMART，并通过USMART调用一些TFTLCD的内部函数，让大家初步了解USMART的使用。
19.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯DS0和DS1
2） 串口
3） TFTLCD模块
这三个硬件在前面章节均有介绍，本章不再介绍。
19.3 软件设计
软件设计我们在上一章实验的基础上添加USMART组件相关的支持。打开上一章LCD显示实验工程，复制USMART文件夹（该文件夹可以在：光盘à标准例程-库函数版本à实验14 USMART调试组件实验 里面找到）到LCD工程文件夹下面，如图19.3.1所示：
图19.3.1 复制USMART文件夹到工程文件夹下
接着，我们打开工程，并新建USMART组，添加USMART组件代码，同时把USMART文件夹添加到头文件包含路径，在主函数里面加入include“usmart.h”如图19.3.2所示：
图19.3.2 添加USMART组件代码
由于USMART默认提供了STM32F4的TIM4中断初始化设置代码，我们只需要在usmart.h里面设置USMART_ENTIMX_SCAN为1，即可完成TIM4的设置，通过TIM4的中断服务函数，调用usmart_dev.scan()（就是usmart_scan函数），实现usmart的扫描。此部分代码我们就不列出来了，请参考usmart.c。
此时，我们就可以使用USMART了，不过在主程序里面还得执行usmart的初始化，另外还需要针对你自己想要被USMART调用的函数在usmart_config.c里面进行添加。下面先介绍如何添加自己想要被USMART调用的函数，打开usmart_config.c，如图19.3.3所示：
图19.3.3添加需要被USMART调用的函数
这里的添加函数很简单，只要把函数所在头文件添加进来，并把函数名按上图所示的方式增加即可，默认我们添加了两个函数：delay_ms和delay_us。另外，read_addr和write_addr属于usmart自带的函数，用于读写指定地址的数据，通过配置USMART_USE_WRFUNS，可以使能或者禁止这两个函数。
这里我们根据自己的需要按上图的格式添加其他函数，添加完之后如图19.3.4所示：
图19.3.4 添加函数后
上图中，我们添加了lcd.h，并添加了很多LCD函数，最后我们还添加了led_set和test_fun两个函数，这两个函数在main.c里面实现，代码如下：
//LED状态设置函数
void led_set(u8 sta)
{
LED1=sta;
}
//函数参数调用测试函数
void test_fun(void(*ledset)(u8),u8 sta)
{
ledset(sta);
}
led_set函数，用于设置LED1的状态，而第二个函数test_fun则是测试USMART对函数参数的支持的，test_fun的第一个参数是函数，在USMART里面也是可以被调用的。
在添加完函数之后，我们修改main函数，如下：
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
usmart_dev.init(84);
//初始化USMART
LED_Init(); //初始化LED
LCD_Init(); //初始化LCD
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer
STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"USMART
TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/5");
while(1)
{
LED0=!LED0;
delay_ms(500);
}
}
此代码显示简单的信息后，就是在死循环等待串口数据。至此，整个usmart的移植就完成了。编译成功后，就可以下载程序到开发板，开始USMART的体验。
19.4 下载验证
将程序下载到探索者STM32F4开发板后，可以看到DS0不停的闪烁，提示程序已经在运行了。同时，屏幕上显示了一些字符（就是主函数里面要显示的字符）。
我们打开串口调试助手XCOM，选择正确的串口号à多条发送à勾选发送新行（即发送回车键）选项，然后发送list指令，即可打印所有usmart可调用函数。如下图所示：
图19.4.1 驱动串口调试助手
上图中list、id、？、help、hex、dec和runtime都属于usmart自带的系统命令。下面我们简单介绍下这几个命令：
上图中list、id、help、hex、dec和runtime都属于usmart自带的系统命令，点击后方的数字按钮，即可发送对应的指令。下面我们简单介绍下这几个命令：
list，该命令用于打印所有usmart可调用函数。发送该命令后，串口将受到所有能被usmart调用得到函数，如图19.4.1所示。
id，该指令用于获取各个函数的入口地址。比如前面写的test_fun函数，就有一个函数参数，我们需要先通过id指令，获取led_set函数的id（即入口地址），然后将这个id作为函数参数，传递给test_fun。
help（或者‘ ？’也可以），发送该指令后，串口将打印usmart使用的帮助信息。
hex和dec，这两个指令可以带参数，也可以不带参数。当不带参数的时候，hex和dec分别用于设置串口显示数据格式为16进制/10进制。当带参数的时候，hex和dec就执行进制转换，比如输入：hex 1234，串口将打印：HEX:0X4D2，也就是将1234转换为16进制打印出来。又比如输入：dec 0X1234，串口将打印：DEC:4660，就是将0X1234转换为10进制打印出来。
runtime指令，用于函数执行时间统计功能的开启和关闭，发送：runtime 1，可以开启函数执行时间统计功能；发送：runtime 0，可以关闭函数执行时间统计功能。函数执行时间统计功能，默认是关闭的。
大家可以亲自体验下这几个系统指令，不过要注意，所有的指令都是大小写敏感的，不要写错哦。
接下来，我们将介绍如何调用list所打印的这些函数，先来看一个简单的delay_ms的调用，我们分别输入delay_ms(1000)和delay_ms(0x3E8)，如图19.4.2所示：
图19.4.2 串口调用delay_ms函数
从上图可以看出，delay_ms(1000)和delay_ms(0x3E8)的调用结果是一样的，都是延时1000ms，因为usmart默认设置的是hex显示，所以看到串口打印的参数都是16进制格式的，大家可以通过发送dec指令切换为十进制显示。另外，由于USMART对调用函数的参数大小写不敏感，所以参数写成：0X3E8或者0x3e8都是正确的。另外，发送：runtime 1，开启运行时间统计功能，从测试结果看，USMART的函数运行时间统计功能，是相当准确的。
我们再看另外一个函数，LCD_ShowString函数，该函数用于显示字符串，我们通过串口输入：LCD_ShowString(20,200,200,100,16,"This is a test for
usmart!!")，如图19.4.3所示：
图19.4.3 串口调用LCD_ShowString函数
该函数用于在指定区域，显示指定字符串，发送给开发板后，我们可以看到LCD在我们指定的地方显示了：This is a test for usmart!! 这个字符串。
其他函数的调用，也都是一样的方法，这里我们就不多介绍了，最后说一下带有函数参数的函数的调用。我们将led_set函数作为 test_fun的参数，通过在test_fun里面调用led_set函数，实现对DS1(LED1)的控制。前面说过，我们要调用带有函数参数的函数，就必须先得到函数参数的入口地址（id），通过输入id指令，我们可以得到led_set的函数入口地址是：0X080052C9，所以，我们在串口输入：test_fun(0X080052C9,0)，就可以控制DS1亮了。如图19.4.4所示：
图19.4.4 串口调用test_fun函数
在开发板上，我们可以看到，收到串口发送的test_fun(0X080052C9,0)后，开发板的DS1亮了，然后大家可以通过发送test_fun(0X080052C9,1)，来关闭DS1。说明我们成功的通过test_fun函数调用led_set，实现了对DS1的控制。也就验证了USMART对函数参数的支持。
USMART调试组件的使用，就为大家介绍到这里。USMART是一个非常不错的调试组件，希望大家能学会使用，可以达到事半功倍的效果。
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