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【STM32H7教程】第66章 STM32H7的低功耗串口LPUART应用之串口FIFO和停机唤醒实现

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第66章       STM32H7的低功耗串口LPUART应用之串口FIFO和停机唤醒实现

本章节为大家讲解STM32H7的低功耗串口FIFO驱动实现和停机唤醒。

66.1 初学者重要提示

66.2 硬件设计

66.3 串口驱动设计

66.4 串口FIFO板级支持包(bsp_lpuart_fifo.c)

66.5 串口FIFO驱动移植和使用

66.6 实验例程设计框架

66.7 实验例程说明(MDK)

66.8 实验例程说明(IAR)

66.9 总结

66.1 初学者重要提示

  1.   学习本章节前,务必优先学习第65章。
  2.   低功耗串口FIFO的实现跟前面章节通用串口FIFO的机制是一样的。
  3.   大家自己做的板子,测试串口收发是乱码的话,重点看stm32h7xx_hal_conf.h文件中的HSE_VALUE的大小跟板子上实际晶振大小是否一致,然后再看PLL配置。

66.2 硬件设计

STM32H743XIH6最多可以支持8个独立的通用串口和一个低功耗串口LPUART1。其中串口4和串口5和SDIO的GPIO是共用的,也就是说,如果要用到SD卡,那么串口4和串口5将不能使用。串口7和SPI3共用,串口8和RGB硬件接口共用。串口功能可以分配到不同的GPIO。我们常用的引脚分配如下:

低功耗串口LPUART TX = PA9,   RX = PA10

串口USART1  TX = PA9,   RX = PA10 (低功耗串口和USART1用的相同引脚)

串口USART2  TX = PA2,   RX = PA3

串口USART3  TX = PB10,  RX = PB11

串口UART4   TX = PC10,  RX = PC11 (和SDIO共用)

串口UART5   TX = PC12,  RX = PD2  (和SDIO共用)

串口USART6  TX = PG14,  RX = PC7  

串口UART7   TX = PB4,   RX = PB3  (和SPI1/3共用)

串口UART8   TX = PJ8,   RX =PJ9   (和RGB硬件接口共用)

STM32-V7开发板使用了4个串口设备。

  •   串口1用于RS232接口,很多例子的pritnf结果就是输出到串口1
  •   串口2用于GPS
  •   串口3用于RS485接口
  •   串口6 用于TTL串口插座,板子上有GPRS插座和串口WIFI插座。

下面是RS232的原理图:

关于232的PHY芯片SP3232E要注意以下几个问题:

  •   SP3232E的作用是TTL电平转RS232电平。
  •   电阻R130的作用是避免CPU复位期间,TX为高阻时串口线上出现异常数据。
  •   检测SP3232E的好坏可以采用回环的方式,即短接T1OUT和R1IN,对应到DB9插座上就是短接引脚2和引脚3。

实际效果如下:

通过这种方式,可以在应用程序中通过串口发送几个字符,查看是否可以正确接收来判断232 PHY

芯片是否有问题。

  •   由于这里是TTL转RS232,如果电脑端自带DB9串口,可以找根交叉线直接接上。如果电脑端没有,就需要用RS232转USB的串口线。这里要注意是RS232转USB,不是TTL转USB。像我们用的CH340就是RS232转USB芯片。
  •   检测串口线的好坏跟板子上的232 PHY一样,将电脑端的串口助手打开,串口线接到电脑端并短接串口线的2脚和3脚,然后使用串口助手进行自收发测试即可。

66.3 低功耗串口FIFO驱动设计

66.3.1 低功耗串口FIFO框架

为了方便大家理解,先来看下低功耗串口FIFO的实现框图:

  第1阶段,初始化:

  • 通过函数bsp_InitLPUart初始化低功耗串口结构体,低功耗串口硬件参数。

  第2阶段,低功耗串口中断服务程序:

  •   接收中断是一直开启的。
  •   做了发送空中断和发送完成中断的消息处理。

  第3阶段,低功耗串口数据的收发:

  • 低功耗串口发送函数会开启发送空中断。
  • 低功耗串口接收中断接收到函数后,可以使用函数lpcomGetChar获取数据。

66.3.2 低功耗串口时钟选择

我们这里实现了三种时钟选择:

  • LPUART时钟选择LSE(32768Hz)

最高速度是10922bps,最低8bps(计算方法3x < 32768 < 4096x,x表示波特率)。

  • LPUART时钟选择HSI(64MHz)

最高值是21MHz,最小值15625bps(计算方法3x < 64MHz < 4096x,x表示波特率)。

  • LPUART时钟选择D3PCLK1(100MHz)

最大值33Mbps,最小值24414bps(计算方法3x < 100MHz < 4096x,x表示波特率)。

如果需要低功耗模式唤醒,必须使用LSE或者HSI时钟,程序代码如下,用户可以根据需要,使能相应的宏定义:

//#define LPUART_CLOCK_SOURCE_LSE       
#define LPUART_CLOCK_SOURCE_HSI   
//#define LPUART_CLOCK_SOURCE_D3PCLK1    

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: InitHardLPUart
*    功能说明: 配置串口的硬件参数(波特率,数据位,停止位,起始位,校验位,中断使能)适合于STM32-H7开发板
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void InitHardLPUart(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef   RCC_PeriphCLKInitStruct = {0};

/* 使用LSE(32768Hz),最高速度是10922bps,最低8bps */    
#if defined (LPUART_CLOCK_SOURCE_LSE)
    {
        RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};

        RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSE;
        RCC_OscInitStruct.LSEState = RCC_LSE_ON;
        RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;

        if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
        {
            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);        
        }
        
        RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPUART1;
        RCC_PeriphCLKInitStruct.Lpuart1ClockSelection = RCC_LPUART1CLKSOURCE_LSE;
        HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);
    }    
/* LPUART时钟选择HSI(64MHz),最高值是21MHz,最小值15625bps */    
#elif defined (LPUART_CLOCK_SOURCE_HSI)
    {

        RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};

          RCC_OscInitStruct.OscillatorType      = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
          RCC_OscInitStruct.HSIState            = RCC_HSI_ON;
          RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
          RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState        = RCC_PLL_NONE;

        if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!= HAL_OK)
        {
            Error_Handler(__FILE__, __LINE__);        
        }
        
        RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPUART1;
        RCC_PeriphCLKInitStruct.Lpuart1ClockSelection = RCC_LPUART1CLKSOURCE_HSI;
        HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);
    }
/* LPUART时钟选择D3PCLK1(100MHz),最大值33Mbps,最小值24414bps */    
#elif defined (LPUART_CLOCK_SOURCE_D3PCLK1)
    
    RCC_PeriphCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_LPUART1;
    RCC_PeriphCLKInitStruct.Lptim1ClockSelection = RCC_LPUART1CLKSOURCE_D3PCLK1;
    HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_PeriphCLKInitStruct);
#else
    #error Please select the LPTIM Clock source inside the bsp_lpuart_fifo.c file
#endif

#if LPUART1_FIFO_EN == 
    /* 其它省略未写 */
#endif
}

66.3.3 低功耗串口FIFO之相关的变量定义

低功耗串口驱动的核心文件为:bsp_lpuart_fifo.c, bsp_lpuart_fifo.h。

这里面包括有串口硬件的配置函数、中断处理函数,以及串口的读写接口函数。还有printf函数的实现。

每个串口都有2个FIFO缓冲区,一个是用于发送数据的TX_FIFO,一个用于保存接收数据的RX_FIFO。

我们来看下这个FIFO的定义,在bsp_lpuart_fifo.h文件。

/* 定义串口波特率和FIFO缓冲区大小,分为发送缓冲区和接收缓冲区, 支持全双工 */
#if LPUART1_FIFO_EN == 1
    #define LPUART1_BAUD         115200
    #define LPUART1_TX_BUF_SIZE     1*1024
    #define LPUART1_RX_BUF_SIZE     1*1024
#endif

/* 串口设备结构体 */
typedef struct
{
    USART_TypeDef *uart;        /* STM32内部串口设备指针 */
    uint8_t *pTxBuf;            /* 发送缓冲区 */
    uint8_t *pRxBuf;            /* 接收缓冲区 */
    uint16_t usTxBufSize;        /* 发送缓冲区大小 */
    uint16_t usRxBufSize;        /* 接收缓冲区大小 */
    __IO uint16_t usTxWrite;    /* 发送缓冲区写指针 */
    __IO uint16_t usTxRead;        /* 发送缓冲区读指针 */
    __IO uint16_t usTxCount;    /* 等待发送的数据个数 */

    __IO uint16_t usRxWrite;    /* 接收缓冲区写指针 */
    __IO uint16_t usRxRead;        /* 接收缓冲区读指针 */
    __IO uint16_t usRxCount;    /* 还未读取的新数据个数 */

    void (*SendBefor)(void);     /* 开始发送之前的回调函数指针(主要用于RS485切换到发送模式) */
    void (*SendOver)(void);     /* 发送完毕的回调函数指针(主要用于RS485将发送模式切换为接收模式) */
    void (*ReciveNew)(uint8_t _byte);    /* 串口收到数据的回调函数指针 */
    uint8_t Sending;            /* 正在发送中 */
}UART_T;

bsp_lpuart_fifo.c文件定义变量。

/* 定义低功耗串口结构体变量 */
#if LPUART1_FIFO_EN == 1
    static LPUART_T g_tLPUart1;
    static uint8_t g_TxBuf1[LPUART1_TX_BUF_SIZE];        /* 发送缓冲区 */
    static uint8_t g_RxBuf1[LPUART1_RX_BUF_SIZE];        /* 接收缓冲区 */
#endif

关于FIFO的机制,我们在按键FIFO驱动已经做过详细的介绍,这个地方就不赘述了。每个串口有两个FIFO缓冲区,每个FIFO对应一个写指针和一个读指针。这个结构中还有三个回调函数。回调函数就是一个通过函数指针调用的函数。如果你把函数的指针(地址)作为参数传递给另一个函数,当这个指针被用为调用它所指向的函数时,我们就说这是回调函数。

66.3.4 低功耗串口FIFO初始化

低功耗串口的初始化代码如下:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_InitLPUart
*    功能说明: 初始化串口硬件,并对全局变量赋初值.
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_InitLPUart(void)
{
    LPUartVarInit();        /* 必须先初始化全局变量,再配置硬件 */
    InitHardLPUart();        /* 配置串口的硬件参数(波特率等) */
}

下面将初始化代码实现的功能依次为大家做个说明。

  •   函数LPUartVarInit

这个函数实现的功能比较好理解,主要是串口设备结构体变量的初始化,代码如下:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: LPUartVarInit
*    功能说明: 初始化串口相关的变量
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void LPUartVarInit(void)
{
#if LPUART1_FIFO_EN == 1
    g_tLPUart1.uart = LPUART1;                        /* STM32 串口设备 */
    g_tLPUart1.pTxBuf = g_TxBuf1;                    /* 发送缓冲区指针 */
    g_tLPUart1.pRxBuf = g_RxBuf1;                    /* 接收缓冲区指针 */
    g_tLPUart1.usTxBufSize = LPUART1_TX_BUF_SIZE;         /* 发送缓冲区大小 */
    g_tLPUart1.usRxBufSize = LPUART1_RX_BUF_SIZE;         /* 接收缓冲区大小 */
    g_tLPUart1.usTxWrite = 0;                        /* 发送FIFO写索引 */
    g_tLPUart1.usTxRead = 0;                        /* 发送FIFO读索引 */
    g_tLPUart1.usRxWrite = 0;                        /* 接收FIFO写索引 */
    g_tLPUart1.usRxRead = 0;                        /* 接收FIFO读索引 */
    g_tLPUart1.usRxCount = 0;                        /* 接收到的新数据个数 */
    g_tLPUart1.usTxCount = 0;                        /* 待发送的数据个数 */
    g_tLPUart1.SendBefor = 0;                        /* 发送数据前的回调函数 */
    g_tLPUart1.SendOver = 0;                        /* 发送完毕后的回调函数 */
    g_tLPUart1.ReciveNew = 0;                        /* 接收到新数据后的回调函数 */
    g_tLPUart1.Sending = 0;                             /* 正在发送中标志 */
#endif
}
  •   函数InitHardLPUart

此函数主要用于串口的GPIO,中断和相关参数的配置。

/* LPUART1的GPIO  PA9, PA10 */
#define LPUART1_CLK_ENABLE()              __HAL_RCC_LPUART1_CLK_ENABLE()

#define LPUART1_TX_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define LPUART1_TX_GPIO_PORT              GPIOA
#define LPUART1_TX_PIN                    GPIO_PIN_9
#define LPUART1_TX_AF                     GPIO_AF3_LPUART

#define LPUART1_RX_GPIO_CLK_ENABLE()      __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define LPUART1_RX_GPIO_PORT              GPIOA
#define LPUART1_RX_PIN                    GPIO_PIN_10
#define LPUART1_RX_AF                     GPIO_AF3_LPUART

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: InitHardUart
*    功能说明: 配置串口的硬件参数和底层
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void InitHardUart(void)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;
    RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_PeriphClkInit;

    /* 时钟初始化省略未写 */
#if LPUART1_FIFO_EN == 1        
    /* 使能 GPIO TX/RX 时钟 */
    LPUART1_TX_GPIO_CLK_ENABLE();
    LPUART1_RX_GPIO_CLK_ENABLE();
    
    /* 使能 USARTx 时钟 */
    LPUART1_CLK_ENABLE();    

    /* 配置TX引脚 */
    GPIO_InitStruct.Pin       = LPUART1_TX_PIN;
    GPIO_InitStruct.Mode      = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull      = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed     = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = LPUART1_TX_AF;
    HAL_GPIO_Init(LPUART1_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);    
    
    /* 配置RX引脚 */
    GPIO_InitStruct.Pin = LPUART1_RX_PIN;
    GPIO_InitStruct.Alternate = LPUART1_RX_AF;
    HAL_GPIO_Init(LPUART1_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

    /* 配置NVIC the NVIC for UART */   
    HAL_NVIC_SetPriority(LPUART1_IRQn, 0, 1);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(LPUART1_IRQn);
  
    /* 配置波特率、奇偶校验 */
    bsp_SetLPUartParam(LPUART1,  LPUART1_BAUD, UART_PARITY_NONE, UART_MODE_TX_RX);

    SET_BIT(LPUART1->ICR, USART_ICR_TCCF);   /* 清除TC发送完成标志 */
    SET_BIT(LPUART1->RQR, USART_RQR_RXFRQ);  /* 清除RXNE接收标志 */
    SET_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE); /* 使能PE. RX接受中断 */
#endif
}

低功耗定时器的参数配置API如下:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_SetLPUartParam
*    功能说明: 配置串口的硬件参数(波特率,数据位,停止位,起始位,校验位,中断使能)适合于STM32- H7开发板
*    形    参: Instance   USART_TypeDef类型结构体
*             BaudRate   波特率
*             Parity     校验类型,奇校验或者偶校验
*             Mode       发送和接收模式使能
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/    
void bsp_SetLPUartParam(USART_TypeDef *Instance,  uint32_t BaudRate, uint32_t Parity, uint32_t Mode)
{
    /*##-1- 配置串口硬件参数 ######################################*/
    /* 异步串口模式 (UART Mode) */
    /* 配置如下:
      - 字长    = 8 位
      - 停止位  = 1 个停止位
      - 校验    = 参数Parity
      - 波特率  = 参数BaudRate
      - 硬件流控制关闭 (RTS and CTS signals) */

    UartHandle.Instance        = Instance;
    UartHandle.Init.BaudRate   = BaudRate;
    UartHandle.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    UartHandle.Init.StopBits   = UART_STOPBITS_1;
    UartHandle.Init.Parity     = Parity;
    UartHandle.Init.HwFlowCtl  = UART_HWCONTROL_NONE;
    UartHandle.Init.Mode       = Mode;
    UartHandle.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    UartHandle.Init.OneBitSampling = UART_ONE_BIT_SAMPLE_DISABLE;
    UartHandle.AdvancedInit.AdvFeatureInit = UART_ADVFEATURE_NO_INIT;
    
    if (HAL_UART_Init(&UartHandle) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    }
}

66.3.5 低功耗串口中断服务程序工作流程

串口中断服务程序是最核心的部分,主要实现如下三个功能

  •   收到新的数据后,会将数据压入RX_FIFO。
  •   检测到发送缓冲区空后,会从TX_FIFO中取下一个数据并发送。
  •   如果是RS485半双工串口,发送前会设置一个GPIO=1控制RS485收发器进入发送状态,当最后一个字节的最后一个bit传送完毕后,设置这个GPIO=0让RS485收发器进入接收状态。

下面我们分析一下串口中断处理的完整过程。

当产生串口中断后,CPU会查找中断向量表,获得中断服务程序的入口地址。入口函数为LPUART1_IRQHandler,这个函数在启动文件startup_stm32h743xx.s汇编代码中已经有实现。我们在c代码中需要重写一个同样名字的函数就可以重载它。如果不重载,启动文件中缺省的中断服务程序就是一个死循环,等于 while(1);

我们将串口中断服务程序放在bsp_lpuart_fifo.c文件,没有放到 stm32h7xx_it.c。当应用不需要串口功能时,直接从工程中删除bsp_lpuart_fifo.c接口,不必再去整理stm32h7xx_it.c这个文件。下面展示的代码是低功耗串口的中断服务程序:

#if LPUART1_FIFO_EN == 1
void LPUART1_IRQHandler(void)
{
    LPUartIRQ(&g_tLPUart1);
}
#endif

下面,我们来看看UartIRQ函数的实现代码。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: UartIRQ
*    功能说明: 供中断服务程序调用,通用串口中断处理函数
*    形    参: _pUart : 串口设备
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void UartIRQ(UART_T *_pUart)
{
    uint32_t isrflags   = READ_REG(_pUart->uart->ISR);
    uint32_t cr1its     = READ_REG(_pUart->uart->CR1);
    uint32_t cr3its     = READ_REG(_pUart->uart->CR3);
    
    /* 处理接收中断  */
    if ((isrflags & USART_ISR_RXNE) != RESET)
    {
        /* 从串口接收数据寄存器读取数据存放到接收FIFO */
        uint8_t ch;

        ch = READ_REG(_pUart->uart->RDR);               /* 读串口接收数据寄存器 */
        _pUart->pRxBuf[_pUart->usRxWrite] = ch;         /* 填入串口接收FIFO */
        if (++_pUart->usRxWrite >= _pUart->usRxBufSize) /* 接收FIFO的写指针+1 */
        {
            _pUart->usRxWrite = 0;
        }
        if (_pUart->usRxCount < _pUart->usRxBufSize)    /* 统计未处理的字节个数 */
        {
            _pUart->usRxCount++;
        }

        /* 回调函数,通知应用程序收到新数据,一般是发送1个消息或者设置一个标记 */
        //if (_pUart->usRxWrite == _pUart->usRxRead)
        //if (_pUart->usRxCount == 1)
        {
            if (_pUart->ReciveNew)
            {
                _pUart->ReciveNew(ch); /* 比如,交给MODBUS解码程序处理字节流 */
            }
        }
    }

    /* 处理发送缓冲区空中断 */
    if ( ((isrflags & USART_ISR_TXE) != RESET) && (cr1its & USART_CR1_TXEIE) != RESET)
    {
        //if (_pUart->usTxRead == _pUart->usTxWrite) 
        if (_pUart->usTxCount == 0)  /* 发送缓冲区已无数据可取 */
        {
        /* 发送缓冲区的数据已取完时, 禁止发送缓冲区空中断 (注意:此时最后1个数据还未真正发送完毕)*/
            //USART_ITConfig(_pUart->uart, USART_IT_TXE, DISABLE);
            CLEAR_BIT(_pUart->uart->CR1, USART_CR1_TXEIE);

            /* 使能数据发送完毕中断 */
            //USART_ITConfig(_pUart->uart, USART_IT_TC, ENABLE);
            SET_BIT(_pUart->uart->CR1, USART_CR1_TCIE);
        }
        Else  /* 还有数据等待发送 */
        {
            _pUart->Sending = 1;
            
            /* 从发送FIFO取1个字节写入串口发送数据寄存器 */
            //USART_SendData(_pUart->uart, _pUart->pTxBuf[_pUart->usTxRead]);
            _pUart->uart->TDR = _pUart->pTxBuf[_pUart->usTxRead];
            if (++_pUart->usTxRead >= _pUart->usTxBufSize)
            {
                _pUart->usTxRead = 0;
            }
            _pUart->usTxCount--;
        }

    }
    /* 数据bit位全部发送完毕的中断 */
    if (((isrflags & USART_ISR_TC) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TCIE) != RESET))
    {
        //if (_pUart->usTxRead == _pUart->usTxWrite)
        if (_pUart->usTxCount == 0)
        {
            /* 如果发送FIFO的数据全部发送完毕,禁止数据发送完毕中断 */
            //USART_ITConfig(_pUart->uart, USART_IT_TC, DISABLE);
            CLEAR_BIT(_pUart->uart->CR1, USART_CR1_TCIE);

            /* 回调函数, 一般用来处理RS485通信,将RS485芯片设置为接收模式,避免抢占总线 */
            if (_pUart->SendOver)
            {
                _pUart->SendOver();
            }
            
            _pUart->Sending = 0;
        }
        else
        {
            /* 正常情况下,不会进入此分支 */

            /* 如果发送FIFO的数据还未完毕,则从发送FIFO取1个数据写入发送数据寄存器 */
            //USART_SendData(_pUart->uart, _pUart->pTxBuf[_pUart->usTxRead]);
            _pUart->uart->TDR = _pUart->pTxBuf[_pUart->usTxRead];
            if (++_pUart->usTxRead >= _pUart->usTxBufSize)
            {
                _pUart->usTxRead = 0;
            }
            _pUart->usTxCount--;
        }
    }
    
    /* 清除中断标志 */
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_PEF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_FEF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_NEF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_OREF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_IDLEF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_TCF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_LBDF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_CTSF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_CMF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_WUF);
    SET_BIT(_pUart->uart->ICR, UART_CLEAR_TXFECF);    
}

中断服务程序的处理主要分为两部分,接收数据的处理和发送数据的处理,详情看程序注释即可,已经比较详细,下面重点把思路说一下。

  •   接收数据处理

接收数据的处理是判断ISR寄存器的USART_ISR_RXNE标志是否置位,如果置位表示RDR接收寄存器已经存入数据。然后将数据读入到接收FIFO空间。

特别注意里面的ReciveNew处理,这个在Modbus协议里面要用到。

  •   发送数据处理

发送数据主要是发送空中断TEX和发送完成中断TC的处理,当TXE=1时,只是表示发送数据寄存器为空了,此时可以填充下一个准备发送的数据了。当为TDR发送寄存器赋值后,硬件启动发送,等所有的bit传送完毕后,TC标志设置为1。如果是RS232全双工通信,可以只用TXE标志控制发送过程。如果是RS485半双工通信,就需要利用TC标志了,因为在最后一个bit传送完毕后,需要设置RS485收发器进入到接收状态。

66.3.6 低功耗串口数据发送

低功耗串口数据的发送主要涉及到下面三个函数:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: lpcomSendBuf
*    功能说明: 向串口发送一组数据。数据放到发送缓冲区后立即返回,由中断服务程序在后台完成发送
*    形    参: _ucPort: 端口号(LPCOM1)
*              _ucaBuf: 待发送的数据缓冲区
*              _usLen : 数据长度
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void lpcomSendBuf(LPCOM_PORT_E _ucPort, uint8_t *_ucaBuf, uint16_t _usLen)
{
    LPUART_T *pUart;

    pUart = ComToLPUart(_ucPort);
    if (pUart == 0)
    {
        return;
    }

    if (pUart->SendBefor != 0)
    {
        pUart->SendBefor();        /* 如果是RS485通信,可以在这个函数中将RS485设置为发送模式 */
    }

    LPUartSend(pUart, _ucaBuf, _usLen);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: lpcomSendChar
*    功能说明: 向串口发送1个字节。数据放到发送缓冲区后立即返回,由中断服务程序在后台完成发送
*    形    参: _ucPort: 端口号(LPCOM1)
*              _ucByte: 待发送的数据
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void lpcomSendChar(LPCOM_PORT_E _ucPort, uint8_t _ucByte)
{
    lpcomSendBuf(_ucPort, &_ucByte, 1);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: LPUartSend
*    功能说明: 填写数据到UART发送缓冲区,并启动发送中断。中断处理函数发送完毕后,自动关闭发送中断
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void LPUartSend(LPUART_T *_pUart, uint8_t *_ucaBuf, uint16_t _usLen)
{
    uint16_t i;

    for (i = 0; i < _usLen; i++)
    {
        /* 如果发送缓冲区已经满了,则等待缓冲区空 */
        while (1)
        {
            __IO uint16_t usCount;

            DISABLE_INT();
            usCount = _pUart->usTxCount;
            ENABLE_INT();

            if (usCount < _pUart->usTxBufSize)
            {
                break;
            }
            else if(usCount == _pUart->usTxBufSize)/* 数据已填满缓冲区 */
            {
                if((_pUart->uart->CR1 & USART_CR1_TXEIE) == 0)
                {
                    SET_BIT(_pUart->uart->CR1, USART_CR1_TXEIE);
                }  
            }
        }

        /* 将新数据填入发送缓冲区 */
        _pUart->pTxBuf[_pUart->usTxWrite] = _ucaBuf[i];

        DISABLE_INT();
        if (++_pUart->usTxWrite >= _pUart->usTxBufSize)
        {
            _pUart->usTxWrite = 0;
        }
        _pUart->usTxCount++;
        ENABLE_INT();
    }

    SET_BIT(_pUart->uart->CR1, USART_CR1_TXEIE);    /* 使能发送中断(缓冲区空) */
}

函数lpcomSendChar是发送一个字节,通过调用函数lpcomSendBuf实现,而函数lpcomSendBuf又是通过调用函数LPUartSend实现,这个函数是重点。

函数LPUartSend的作用就是把要发送的数据填到发送缓冲区里面,并使能发送空中断。

  •   如果要发送的数据没有超过发送缓冲区大小,实现起来还比较容易,直接把数据填到FIFO里面,并使能发送空中断即可。
  •   如果超过了FIFO大小,就需要等待有空间可用,针对这种情况有个重要的知识点,就是当缓冲刚刚填满的时候要判断发送空中断是否开启了,如果填满了还没有开启,就会卡死在while循环中,所以多了一个刚填满时的判断,填满了还没有开启发送空中断,要开启下。

注意:由于函数LPUartSend做了static作用域限制,仅可在bsp_lpuart_fifo.c文件中调用。函数lpcomSendChar和lpcomSendBuf是供用户调用的。

函数lpcomSendBuf中调用了一个函数pUart = ComToLPUart(_ucPort),这个函数是将整数的COM端口号转换为LPUART结构体指针。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: ComToLPUart
*    功能说明: 将COM端口号转换为LPUART指针
*    形    参: _ucPort: 端口号(LPCOM1)
*    返 回 值: uart指针
*********************************************************************************************************
*/
LPUART_T *ComToLPUart(LPCOM_PORT_E _ucPort)
{
    if (_ucPort == LPCOM1)
    {
        #if LPUART1_FIFO_EN == 1
            return &g_tLPUart1;
        #else
            return 0;
        #endif
    }
    else
    {
        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
        return 0;
    }
}

66.3.7 低功耗串口数据接收

下面我们再来看看接收的函数:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: lpcomGetChar
*    功能说明: 从接收缓冲区读取1字节,非阻塞。无论有无数据均立即返回。
*    形    参: _ucPort: 端口号(LPCOM1)
*              _pByte: 接收到的数据存放在这个地址
*    返 回 值: 0 表示无数据, 1 表示读取到有效字节
*********************************************************************************************************
*/
uint8_t lpcomGetChar(LPCOM_PORT_E _ucPort, uint8_t *_pByte)
{
    LPUART_T *pUart;

    pUart = ComToLPUart(_ucPort);
    if (pUart == 0)
    {
        return 0;
    }

    return LPUartGetChar(pUart, _pByte);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: LPUartGetChar
*    功能说明: 从串口接收缓冲区读取1字节数据 (用于主程序调用)
*    形    参: _pUart : 串口设备
*              _pByte : 存放读取数据的指针
*    返 回 值: 0 表示无数据  1表示读取到数据
*********************************************************************************************************
*/
static uint8_t LPUartGetChar(LPUART_T *_pUart, uint8_t *_pByte)
{
    uint16_t usCount;

    /* usRxWrite 变量在中断函数中被改写,主程序读取该变量时,必须进行临界区保护 */
    DISABLE_INT();
    usCount = _pUart->usRxCount;
    ENABLE_INT();

    /* 如果读和写索引相同,则返回0 */
    //if (_pUart->usRxRead == usRxWrite)
    if (usCount == 0)    /* 已经没有数据 */
    {
        return 0;
    }
    else
    {
        *_pByte = _pUart->pRxBuf[_pUart->usRxRead];        /* 从串口接收FIFO取1个数据 */

        /* 改写FIFO读索引 */
        DISABLE_INT();
        if (++_pUart->usRxRead >= _pUart->usRxBufSize)
        {
            _pUart->usRxRead = 0;
        }
        _pUart->usRxCount--;
        ENABLE_INT();
        return 1;
    }
}

函数lpcomGetChar是专门供用户调用的,用于从接收FIFO中读取1个数据。具体代码的实现也比较好理解,主要是接收FIFO的空间调整。

注意:由于函数LPUartGetChar做了static作用域限制,仅可在bsp_lpuart_fifo.c文件中调用。

66.3.8 低功耗串口printf实现

printf函数是标准c库函数。最原来的意思是打印输出到显示器。在单片机,我们常用它来打印调试信息到串口,通过计算机上运行的串口软件来监视程序的运行状态。

为什么要用printf函数,而不用串口发送的函数。因为printf函数的形参功能很强大,它支持各种数值转换。比如将整数、浮点数转换为字符串,支持整数左对齐、右对齐显示等。

我们设计的很多裸机例子都是用printf函数输出运行结果的。因为如果加上显示屏驱动后,会将程序搞的很复杂,显示部分的代码量超过了例程本身要演示的核心功能代码。用串口做输出,移植很方便,现在很少有不带串口的单片机。

实现printf输出到串口,只需要在工程中添加两个函数:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: fputc
*    功能说明: 重定义putc函数,这样可以使用printf函数从串口1打印输出
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int fputc(int ch, FILE *f)
{
#if 0    /* 将需要printf的字符通过串口中断FIFO发送出去,printf函数会立即返回 */
    lpcomSendChar(LPCOM1, ch);
    
    return ch;
#else    /* 采用阻塞方式发送每个字符,等待数据发送完毕 */
    /* 写一个字节到USART1 */
    LPUART1->TDR = ch;
    
    /* 等待发送结束 */
    while((LPUART1->ISR & USART_ISR_TC) == 0)
    {}
    
    return ch;
#endif
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: fgetc
*    功能说明: 重定义getc函数,这样可以使用getchar函数从串口1输入数据
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
int fgetc(FILE *f)
{

#if 1    /* 从串口接收FIFO中取1个数据, 只有取到数据才返回 */
    uint8_t ucData;

    while(lpcomGetChar(LPCOM1, &ucData) == 0);

    return ucData;
#else
    /* 等待接收到数据 */
    while((LPUART1->ISR & USART_ISR_RXNE) == 0)
    {}

    return (int)LPUART1->RDR;
#endif
}

通过上面代码中的条件编译,可以设置printf函数阻塞和非阻塞方式,如果采用非阻塞方式,执行后会立即返回,串口中断服务程序会陆续将数据发送出去。

66.3.9 低功耗串口停机唤醒方式

低功耗串口的唤醒主要是通过接收数据来唤醒,具体唤醒的方如下:

  •   检测到起始位唤醒。

低功耗串口设置为起始位检测方式如下,并且设置进入停机模式。

如果想唤醒H7,发一个起始位即可,简单些也可以任意发送一个数据:

/* 使能LPUART的停机唤醒 */
HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

/* 确保LPUART没有在通信中 */
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

/* 接收起始位唤醒 */
WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_STARTBIT;
if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
}

/* 进入停机模式 */
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

/* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
SystemClock_Config();

/* 关闭LPUART的停机唤醒 */
HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
  •   检测到RXNE标志唤醒,即接收到数据。

低功耗串口设置为RXNE检测方式如下,并且设置进入停机模式。

如果想唤醒H7,发一个任意数据即可。

/* 使能LPUART的停机唤醒 */
HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

/* 确保LPUART没有在通信中 */
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

/* 接收到数据唤醒,即RXNE标志置位 */
WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_READDATA_NONEMPTY;
if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
}

/* 进入停机模式 */
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

/* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
SystemClock_Config();

/* 关闭LPUART的停机唤醒 */
HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
  •   检测到匹配地址时唤醒。

低功耗串口设置为地址匹配检测方式如下,并且设置进入停机模式。

如果想唤醒H7,必须发送指定的匹配地址。匹配地址支持7bit和4bit匹配两种方式,比如我们采用7bit匹配,设置地址是0x19,那么用户唤醒的时候要将最高bit设置为1,即发生地址0x99(0b1001 1001)才可以唤醒。

/* 使能LPUART的停机唤醒 */
HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

/* 确保LPUART没有在通信中 */
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

/* 接收地址0x99(发送的数据MSB位要为1),可以唤醒 */
WakeUpSelection.WakeUpEvent   = UART_WAKEUP_ON_ADDRESS;
WakeUpSelection.AddressLength = UART_ADDRESS_DETECT_7B;
WakeUpSelection.Address       = 0x19;
if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
{
    Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
}

CLEAR_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE); /* 关闭串口接收中断 */

/* 进入停机模式 */
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

/* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
SystemClock_Config();

SET_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE);  /* 使能串口接收中断 */

/* 关闭LPUART的停机唤醒 */
HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);

这里有一点要特别注意,程序启动后,调用下面两个函数:

__HAL_RCC_LPUART1_CLKAM_ENABLE();     /* 激活LPUART的自主模式,即停机状态下可以继续接收消息 */
__HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle, UART_IT_WUF);/* 使能唤醒中断 */

66.4 低功耗串口FIFO板级支持包(bsp_lpuart_fifo.c)

串口驱动文件bsp_lpuart_fifo.c主要实现了如下几个API供用户调用:

  •   bsp_InitLPUart
  •   lpcomSendBuf
  •   lpcomSendChar
  •   lpcomGetChar

66.4.1 函数bsp_InitLPUart

函数原型:

void bsp_InitLPUart(void)

函数描述:

此函数主要用于串口的初始化,使用所有其它API之前,务必优先调用此函数。

使用举例:

串口的初始化函数在bsp.c文件的bsp_Init函数里面调用。

66.4.2 函数lpcomSendBuf

函数原型:

void lpcomSendBuf(LPCOM_PORT_E _ucPort, uint8_t *_ucaBuf, uint16_t _usLen);

函数描述:

此函数用于向串口发送一组数据,非阻塞方式,数据放到发送缓冲区后立即返回,由中断服务程序在后台完成发送。

函数参数:

  •   第1个参数_ucPort是端口号。
  •   第2个参数_ucaBuf是待发送的数据缓冲区地址。
  •   第3个参数_usLen是要发送数据的字节数。

注意事项:

  •  此函数的解读在本章66.3.5小节。
  •  发送的数据最好不要超过bsp_lpuart_fifo.h文件中定义的发送缓冲区大小,从而实现最优的工作方式。因为超过后需要在发送函数等待有发送空间可用。

使用举例:

调用此函数前,务必优先调用函数bsp_InitLPUart进行初始化。

const char buf1[] = "接收到串口命令1\r\n";
lpcomSendBuf(LPCOM1, (uint8_t *)buf1, strlen(buf1));

66.4.3 函数lpcomSendChar

函数原型:

void lpcomSendChar(LPCOM_PORT_E _ucPort, uint8_t _ucByte);

函数描述:

此函数用于向串口发送1个字节,非阻塞方式,数据放到发送缓冲区后立即返回,由中断服务程序在后台完成发送。此函数是通过调用函数lpcomSendBuf实现的。

  • 函数参数:
  •   第1个参数_ucPort是端口号。
  •   第2个参数_ucByte是待发送的数据。

注意事项:

  •   此函数的解读在本章66.3.2小节。

使用举例:

调用此函数前,务必优先调用函数bsp_InitLPUart进行初始化。比如通过串口1发送一个字符c:

lpcomSendChar(LPCOM1, 'c')。

66.4.4 函数lpcomGetChar

函数原型:

uint8_t lpcomGetChar(LPCOM_PORT_E _ucPort, uint8_t *_pByte)

函数描述:

此函数用于从接收缓冲区读取1字节,非阻塞。无论有无数据均立即返回。

函数参数:

  •   第1个参数_ucPort是端口号。
  •   第2个参数_pByte用于存放接收到的数据。
  •   返回值,返回0表示无数据, 1 表示读取到有效字节。

注意事项:

  •   此函数的解读在本章66.3.6小节。

使用举例:

调用此函数前,务必优先调用函数bsp_InitLPUart进行初始化。

比如从串口1读取一个字符就是:lpcomGetChar(LPCOM1, &read)。

66.5 低功耗串口FIFO驱动移植和使用

串口FIFO移植步骤如下:

  •   第1步:复制bsp_lpuart_fifo.h和bsp_lpuart_fifo.c到自己的工程目录,并添加到工程里面。
  •   第2步:根据自己要使用的串口和收发缓冲大小,修改下面的宏定义即可。
#define    LPUART1_FIFO_EN    1

/* 定义串口波特率和FIFO缓冲区大小,分为发送缓冲区和接收缓冲区, 支持全双工 */
#if LPUART1_FIFO_EN == 1
    #define LPUART1_BAUD         115200
    #define LPUART1_TX_BUF_SIZE     1*1024
    #define LPUART1_RX_BUF_SIZE     1*1024
#endif
  •   第3步:这几个驱动文件主要用到HAL库的GPIO和串口驱动文件,简单省事些可以添加所有HAL库.C源文件进来。
  •   第4步,应用方法看本章节配套例子即可。

66.6 实验例程设计框架

通过程序设计框架,让大家先对配套例程有一个全面的认识,然后再理解细节,本次实验例程的设计框架如下:

  第1阶段,上电启动阶段:

  • 这部分在第14章进行了详细说明。

  第2阶段,进入main函数:

  • 第1部分,硬件初始化,主要是MPU,Cache,HAL库,系统时钟,滴答定时器和LED。
  • 第2部分,应用程序设计部分,实现了三种停机唤醒方法。

66.7 实验例程说明(MDK)

配套例子:

V7-046_低功耗串口的停机唤醒(串口FIFO方式)

实验目的:

  1. 学习低功耗串口的停机唤醒。

实验内容:

  1. 启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  2. 当前程序使用的串口打印就是用的低功耗串口,即USART1和LPUART1都可以使用PA9和PA10。
  3. 上电启动了一个软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  4. USART1和LPUART都可以使用PA9和PA10引脚做串口打印功能,本例子是用的LPUART做开发板串口打印。
  5. LPUART可以选择HSI时钟,LSE时钟和D3PCLK1时钟,在bsp_lpuart_fifo.c文件开头可以配置。如果需要低功耗模式唤醒,必须使用LSE或者HSI时钟,波特率在bsp_lpuart_fifo.h定义,本例子是用的HSI时钟。

LPUART时钟选择LSE(32768Hz),最高速度是10922bps,最低8bps。

LPUART时钟选择HSI(64MHz),最高值是21MHz,最小值15625bps。

LPUART时钟选择D3PCLK1(100MHz),最大值33Mbps,最小值24414bps。

实验操作:

  1. K1键按下,进入停机模式,低功耗串口接收任意字节数据可以唤醒。
  2. K2键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到起始位可以唤醒。
  3. K3键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到地址0x99可以唤醒。

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1。

程序设计:

系统栈大小分配:

RAM空间用的DTCM:

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder:
       - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
       - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
bsp_InitDWT();      /* 初始化DWT时钟周期计数器 */       
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitLPUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    bsp_InitExtSDRAM(); /* 初始化SDRAM */
}

MPU配置和Cache配置:

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM)和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

每10ms调用一次蜂鸣器处理:

蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现,每10ms执行一次检测。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_RunPer10ms
*    功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求
*              不严格的任务可以放在此函数。比如:按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
    bsp_KeyScan10ms();
}

主功能:

主程序实现如下操作:

  • 启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  • K1键按下,进入停机模式,低功耗串口接收任意字节数据可以唤醒。
  • K2键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到起始位可以唤醒。
  • K3键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到地址0x99可以唤醒。
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按键代码 */
    uint8_t ucReceive;
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */
    
    HAL_EnableDBGStopMode(); /* 使能停机模式下,LPUART工程可以继续调试 */
    __HAL_RCC_WAKEUPSTOP_CLK_CONFIG(RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_HSI); /* 从停机模式唤醒后使用HSI时钟 */
    __HAL_RCC_LPUART1_CLKAM_ENABLE();     /* 激活LPUART的自主模式,即停机状态下可以继续接收消息 */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle, UART_IT_WUF);/* 使能唤醒中断 */
    
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现,我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:    /* K1键按下,进入停机模式,低功耗串口接收任意字节数据可以唤醒 */
                    /* 使能LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

                    /* 确保LPUART没有在通信中 */
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

                    /* 接收到数据唤醒,即RXNE标志置位 */
                    WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_READDATA_NONEMPTY;
                    if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
                    {
                        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
                    }

                    /* 进入停机模式 */
                    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

                    /* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
                    SystemClock_Config();

                    /* 关闭LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
                    
                    lpcomGetChar(LPCOM1, &ucReceive);
                    
                    printf("低功耗串口接收到数据 %x 后唤醒\r\n", ucReceive);
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:     /* K2键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到起始位可以唤醒 */
                    /* 使能LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

                    /* 确保LPUART没有在通信中 */
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

                    /* 接收起始位唤醒 */
                    WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_STARTBIT;
                    if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
                    {
                        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
                    }

                    /* 进入停机模式 */
                    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

                    /* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
                    SystemClock_Config();

                    /* 关闭LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
                    
                    lpcomGetChar(LPCOM1, &ucReceive);
                    
                    printf("低功耗串口检测到起始位(数据) %x 后唤醒\r\n", ucReceive);
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K3:    /* K3键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到地址0x99可以唤醒 */
                    /* 使能LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

                    /* 确保LPUART没有在通信中 */
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

                    /* 接收地址0x99(发送的数据MSB位要为1),可以唤醒 */
                    WakeUpSelection.WakeUpEvent   = UART_WAKEUP_ON_ADDRESS;
                    WakeUpSelection.AddressLength = UART_ADDRESS_DETECT_7B;
                    WakeUpSelection.Address       = 0x19;
                    if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
                    {
                        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
                    }
                    
                    CLEAR_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE); /* 关闭串口接收中断 */
                    
                    /* 进入停机模式 */
                    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

                    /* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
                    SystemClock_Config();

                    SET_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE);  /* 使能串口接收中断 */
                    
                    /* 关闭LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
                    
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

66.8 实验例程说明(IAR)

配套例子:

V7-046_低功耗串口的停机唤醒(串口FIFO方式)

实验目的:

  1. 学习低功耗串口的停机唤醒。

实验内容:

  1. 启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  2. 当前程序使用的串口打印就是用的低功耗串口,即USART1和LPUART1都可以使用PA9和PA10。
  3. 上电启动了一个软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  4. USART1和LPUART都可以使用PA9和PA10引脚做串口打印功能,本例子是用的LPUART做开发板串口打印。
  5. LPUART可以选择HSI时钟,LSE时钟和D3PCLK1时钟,在bsp_lpuart_fifo.c文件开头可以配置。如果需要低功耗模式唤醒,必须使用LSE或者HSI时钟,波特率在bsp_lpuart_fifo.h定义,本例子是用的HSI时钟。

LPUART时钟选择LSE(32768Hz),最高速度是10922bps,最低8bps。

LPUART时钟选择HSI(64MHz),最高值是21MHz,最小值15625bps。

LPUART时钟选择D3PCLK1(100MHz),最大值33Mbps,最小值24414bps。

实验操作:

  1. K1键按下,进入停机模式,低功耗串口接收任意字节数据可以唤醒。
  2. K2键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到起始位可以唤醒。
  3. K3键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到地址0x99可以唤醒。

上电后串口打印的信息:

波特率 115200,数据位 8,奇偶校验位无,停止位 1

程序设计:

系统栈大小分配:

RAM空间用的DTCM:

硬件外设初始化

硬件外设的初始化是在 bsp.c 文件实现:

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_Init
*    功能说明: 初始化所有的硬件设备。该函数配置CPU寄存器和外设的寄存器并初始化一些全局变量。只需要调用一次
*    形    参:无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_Init(void)
{
    /* 配置MPU */
    MPU_Config();
    
    /* 使能L1 Cache */
    CPU_CACHE_Enable();

    /* 
       STM32H7xx HAL 库初始化,此时系统用的还是H7自带的64MHz,HSI时钟:
       - 调用函数HAL_InitTick,初始化滴答时钟中断1ms。
       - 设置NVIV优先级分组为4。
     */
    HAL_Init();

    /* 
       配置系统时钟到400MHz
       - 切换使用HSE。
       - 此函数会更新全局变量SystemCoreClock,并重新配置HAL_InitTick。
    */
    SystemClock_Config();

    /* 
       Event Recorder:
       - 可用于代码执行时间测量,MDK5.25及其以上版本才支持,IAR不支持。
       - 默认不开启,如果要使能此选项,务必看V7开发板用户手册第xx章
    */    
#if Enable_EventRecorder == 1  
    /* 初始化EventRecorder并开启 */
    EventRecorderInitialize(EventRecordAll, 1U);
    EventRecorderStart();
#endif
    
bsp_InitDWT();      /* 初始化DWT时钟周期计数器 */       
    bsp_InitKey();        /* 按键初始化,要放在滴答定时器之前,因为按钮检测是通过滴答定时器扫描 */
    bsp_InitTimer();      /* 初始化滴答定时器 */
    bsp_InitLPUart();    /* 初始化串口 */
    bsp_InitExtIO();    /* 初始化FMC总线74HC574扩展IO. 必须在 bsp_InitLed()前执行 */    
    bsp_InitLed();        /* 初始化LED */    
    bsp_InitExtSDRAM(); /* 初始化SDRAM */
}

MPU配置和Cache配置:

数据Cache和指令Cache都开启。配置了AXI SRAM区(本例子未用到AXI SRAM)和FMC的扩展IO区。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: MPU_Config
*    功能说明: 配置MPU
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void MPU_Config( void )
{
    MPU_Region_InitTypeDef MPU_InitStruct;

    /* 禁止 MPU */
    HAL_MPU_Disable();

    /* 配置AXI SRAM的MPU属性为Write back, Read allocate,Write allocate */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x24000000;
    MPU_InitStruct.Size             = MPU_REGION_SIZE_512KB;
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_CACHEABLE;
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER0;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL1;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;

    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);
    
    
    /* 配置FMC扩展IO的MPU属性为Device或者Strongly Ordered */
    MPU_InitStruct.Enable           = MPU_REGION_ENABLE;
    MPU_InitStruct.BaseAddress      = 0x60000000;
    MPU_InitStruct.Size             = ARM_MPU_REGION_SIZE_64KB;    
    MPU_InitStruct.AccessPermission = MPU_REGION_FULL_ACCESS;
    MPU_InitStruct.IsBufferable     = MPU_ACCESS_BUFFERABLE;
    MPU_InitStruct.IsCacheable      = MPU_ACCESS_NOT_CACHEABLE;    
    MPU_InitStruct.IsShareable      = MPU_ACCESS_NOT_SHAREABLE;
    MPU_InitStruct.Number           = MPU_REGION_NUMBER1;
    MPU_InitStruct.TypeExtField     = MPU_TEX_LEVEL0;
    MPU_InitStruct.SubRegionDisable = 0x00;
    MPU_InitStruct.DisableExec      = MPU_INSTRUCTION_ACCESS_ENABLE;
    
    HAL_MPU_ConfigRegion(&MPU_InitStruct);

    /*使能 MPU */
    HAL_MPU_Enable(MPU_PRIVILEGED_DEFAULT);
}

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: CPU_CACHE_Enable
*    功能说明: 使能L1 Cache
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void CPU_CACHE_Enable(void)
{
    /* 使能 I-Cache */
    SCB_EnableICache();

    /* 使能 D-Cache */
    SCB_EnableDCache();
}

每10ms调用一次蜂鸣器处理:

蜂鸣器处理是在滴答定时器中断里面实现,每10ms执行一次检测。

/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: bsp_RunPer10ms
*    功能说明: 该函数每隔10ms被Systick中断调用1次。详见 bsp_timer.c的定时中断服务程序。一些处理时间要求
*              不严格的任务可以放在此函数。比如:按键扫描、蜂鸣器鸣叫控制等。
*    形    参: 无
*    返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
void bsp_RunPer10ms(void)
{
    bsp_KeyScan10ms();
}

主功能:

主程序实现如下操作:

  •  启动一个自动重装软件定时器,每100ms翻转一次LED2。
  •  K1键按下,进入停机模式,低功耗串口接收任意字节数据可以唤醒。
  •  K2键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到起始位可以唤醒。
  •  K3键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到地址0x99可以唤醒。
/*
*********************************************************************************************************
*    函 数 名: main
*    功能说明: c程序入口
*    形    参: 无
*    返 回 值: 错误代码(无需处理)
*********************************************************************************************************
*/
int main(void)
{
    uint8_t ucKeyCode;    /* 按键代码 */
    uint8_t ucReceive;
    

    bsp_Init();        /* 硬件初始化 */
    PrintfLogo();    /* 打印例程名称和版本等信息 */
    PrintfHelp();    /* 打印操作提示 */
    
    HAL_EnableDBGStopMode(); /* 使能停机模式下,LPUART工程可以继续调试 */
    __HAL_RCC_WAKEUPSTOP_CLK_CONFIG(RCC_STOP_WAKEUPCLOCK_HSI); /* 从停机模式唤醒后使用HSI时钟 */
    __HAL_RCC_LPUART1_CLKAM_ENABLE();     /* 激活LPUART的自主模式,即停机状态下可以继续接收消息 */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&UartHandle, UART_IT_WUF);/* 使能唤醒中断 */
    
    
    bsp_StartAutoTimer(0, 100);    /* 启动1个100ms的自动重装的定时器 */
    
    while (1)
    {
        bsp_Idle();        /* 这个函数在bsp.c文件。用户可以修改这个函数实现CPU休眠和喂狗 */

        /* 判断定时器超时时间 */
        if (bsp_CheckTimer(0))    
        {
            /* 每隔100ms 进来一次 */  
            bsp_LedToggle(2);
        }

        /* 按键滤波和检测由后台systick中断服务程序实现,我们只需要调用bsp_GetKey读取键值即可。 */
        ucKeyCode = bsp_GetKey();    /* 读取键值, 无键按下时返回 KEY_NONE = 0 */
        if (ucKeyCode != KEY_NONE)
        {
            switch (ucKeyCode)
            {
                case KEY_DOWN_K1:    /* K1键按下,进入停机模式,低功耗串口接收任意字节数据可以唤醒 */
                    /* 使能LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

                    /* 确保LPUART没有在通信中 */
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

                    /* 接收到数据唤醒,即RXNE标志置位 */
                    WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_READDATA_NONEMPTY;
                    if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
                    {
                        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
                    }

                    /* 进入停机模式 */
                    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

                    /* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
                    SystemClock_Config();

                    /* 关闭LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
                    
                    lpcomGetChar(LPCOM1, &ucReceive);
                    
                    printf("低功耗串口接收到数据 %x 后唤醒\r\n", ucReceive);
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K2:     /* K2键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到起始位可以唤醒 */
                    /* 使能LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

                    /* 确保LPUART没有在通信中 */
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

                    /* 接收起始位唤醒 */
                    WakeUpSelection.WakeUpEvent = UART_WAKEUP_ON_STARTBIT;
                    if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
                    {
                        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
                    }

                    /* 进入停机模式 */
                    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

                    /* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
                    SystemClock_Config();

                    /* 关闭LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
                    
                    lpcomGetChar(LPCOM1, &ucReceive);
                    
                    printf("低功耗串口检测到起始位(数据) %x 后唤醒\r\n", ucReceive);
                    break;
                    
                case KEY_DOWN_K3:    /* K3键按下,进入停机模式,低功耗串口检测到地址0x99可以唤醒 */
                    /* 使能LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_EnableStopMode(&UartHandle); 

                    /* 确保LPUART没有在通信中 */
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_BUSY) == SET){}
                    while(__HAL_UART_GET_FLAG(&UartHandle, USART_ISR_REACK) == RESET){}

                    /* 接收地址0x99(发送的数据MSB位要为1),可以唤醒 */
                    WakeUpSelection.WakeUpEvent   = UART_WAKEUP_ON_ADDRESS;
                    WakeUpSelection.AddressLength = UART_ADDRESS_DETECT_7B;
                    WakeUpSelection.Address       = 0x19;
                    if (HAL_UARTEx_StopModeWakeUpSourceConfig(&UartHandle, WakeUpSelection)!= HAL_OK)
                    {
                        Error_Handler(__FILE__, __LINE__);                        
                    }
                    
                    CLEAR_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE); /* 关闭串口接收中断 */
                    
                    /* 进入停机模式 */
                    HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI);

                    /* 退出停机模式要重新配置HSE和PLL*/
                    SystemClock_Config();

                    SET_BIT(LPUART1->CR1, USART_CR1_RXNEIE);  /* 使能串口接收中断 */
                    
                    /* 关闭LPUART的停机唤醒 */
                    HAL_UARTEx_DisableStopMode(&UartHandle);
                    
                    break;

                default:
                    /* 其它的键值不处理 */
                    break;
            }
        }
    }
}

66.9 总结

本章节就为大家讲解这么多, 重点是低功耗串口的三种唤醒方式。

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