前言

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：
1 USMART 调试组件简介
2 硬件设计
3 软件设计
4 下载验证

一、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)、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 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）、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；
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，从而快速分析解决问题。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→修改参数→下载→看结果→不满意→修改参数→下载→看结果→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。
如果利用 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、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 smart_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组件的移植

USMART 组件总共包含 6 文件如图所示：
在这里插入图片描述
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。

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 的单位(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（指令：runtime 1），则必须设置 USMART_ENTIMX_SCAN 为1。另外，为了让到统计时间精确到 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)
{
TIM4->SR&=~(1<<0); //清除中断标志位
TIM4->ARR=0XFFFF; //将重装载值设置到最大
TIM4->CNT=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(TIM4->SR&0X0001)//在运行期间,产生了定时器溢出
{
usmart_dev.runtime+=0XFFFF;
}
usmart_dev.runtime+=TIM4->CNT;
return usmart_dev.runtime;  //返回计数值
}

这里我们还是利用定时器 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 STM32 来说，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。
下面我们会移植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。

二、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

三、软件设计

打开上一章的工程，复制 USMART 文件夹（该文件夹可以在：光盘→标准例程-库函数版本→实验 12 USMART 调试组件实验里面找到）到本工程文件夹下面，如图所示：

在这里插入图片描述

图中的 keilkill.bat，是一个批处理文件，双击，可以删除 MDK 编译过程中产生的中间文件，从而大大减少整个工程所占用的空间，节省硬盘空间，方便传输。
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”
在这里插入图片描述

由于 USMART 默认提供了 STM32 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：

在这里插入图片描述

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，添加完之后如图所示：
在这里插入图片描述

上图中，我们添加了 lcd.h，并添加了很多 LCD 相关函数，注意，图中左侧有很多 MDK
动态语法检测的警告标志，我们不需要理会，这个编译完全是没有任何问题的。
最后我们还添加了 led_set 和 test_fun 两个函数，这两个函数在 test.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)
{ 
delay_init(); //延时函数初始化 
uart_init(9600);  //串口初始化为 9600
LED_Init();  //初始化与 LED 连接的硬件接口
LCD_Init();  //初始化 LCD usmart_dev.init(72); //初始化 USMART
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Mini STM32 ^_^"); 
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,"2022/4/16");
while(1)
{ 
LED0=!LED0; 
delay_ms(500); 
} 
}