如何去实现一种串口命令控制台呢？

1. 前言

玩过Linux的朋友, 是不是对Linux无所不能的串口Shell命令控制台羡慕不已, 要是自己做的STM32F系列低档次的MCU也有这种控制交互能力, 会给调试/维护和配置省下多少麻烦事呀, 比如启动/关闭调试或自检模式, 打印调试信息, 配置系统参数, 传输文件等等, 也有相当多的朋友凭借自己出色的编程能力可以实现这些功能, 这里提出我的这个解决方案, 以作交流.

本平台(xc_shell)具备以下性能特点:

大量主要代码, 和具体硬件无关, 移植性强,代码文件少.

只有在处理用户的输入命令时, 才占用CPU资源, 且代码可裁剪到1KB SRAM和4KB Flash;

用户可以非常灵活的添加按模板编写的命令脚本文件, 自定义扩张能力强.

支持操作系统和非操作系统两种场景应用.

支持Ymodem文件传输协议

支持将Flash的扇区开辟为参数区, 可实现本地/远程升级。

实用Led灯信号管理, 可将65535虚拟信号灯选择输出到1个实体LED灯上, 调试时序和状态非常有用

拥有基础的LED管理, 调试模式设置, 命令帮助指令, 复位指令等基础功能

功能越多设计会越复杂, 为了解释清楚代码, 先向大家解释一下以上功能的基础实现原理，并提供一个最小的的源码工程。

2. xc_shell平台介绍

2.1 如何实现硬件无关

类比Linux会发现, 设备的硬件接口往往会被虚拟成一个文件(驱动), 而Linux内核完全与硬件系统无任何字节关联, 不同平台驱动不同而已, 故而本xc_shell的串口驱动也采用了相似的思路:

1 ) 串口驱动用一个结构体描述, 这样只需在xc_shell.c中用指针指向这个TTYx_HANDLE结构体对象就可以将串口(tty)硬件与内核联系在一起, 聪明的朋友可能会想到, 假如我将带网络的开发板按此结构体,虚拟一个TTY对象, 岂不是就可以实现一个网络远程控制台了! 这点确实是可以的!

2）当然诸如多TTY串口实现接口互换等，都是一个指针和step2中的注入回调处理交换的问题。

3）用户在使用api_TxdFrame或api_TxdByte时”bsp_ttyX.c“，会驱动具体MCU的串口将数据发送出去，收到一帧数据后，若用户设置了inj_RcvFrame回调处理方法，则会在中断中执行用户的回调处理。

/*---------------------*

* 指正函数定义

*----------------------*/

typedef void (*pvFunDummy)(void);

//输入整行,输出逻辑

typedef void (*pvFunVoid) (void);

typedef void (*pvFunBool) (bool bVal);

typedef void (*pvFunChar) (uint8_t cVal);

typedef void (*pvFunShort)(uint16_t sVal);

typedef void (*pvFunWord) (uint32_t wVal);

//输入整行,输出逻辑

typedef bool (*pbFunVoid) (void);

typedef bool (*pbFunBool) (bool bVal);

typedef bool (*pbFunChar) (uint8_t cVal);

typedef bool (*pbFunShort)(uint16_t sVal);

typedef bool (*pbFunWord) (uint32_t wVal);

//输入整形指针,输出逻辑

typedef bool (*pbFun_pVoid) (void * pVoid);

typedef bool (*pbFun_pChar) (uint8_t * pStr);

typedef bool (*pbFun_pShort)(uint16_t * pShor);

typedef bool (*pbFun_pWord) (uint32_t * pWord);

//输入数据帧,输出逻辑

typedef bool (*pbFun_Buffx)(void * pcBuff, uint16_t len );

typedef bool (*pbFun_Bytex)(uint8_t * pcByte, uint16_t len );

/*---------------------*

* TTYx 句柄结构

*----------------------*/

typedef struct TTYx_HANDLE_STRUCT

{

const char * const name; //驱动器名

const uint16_t rxSize; //接收大小

const uint16_t txSize; //发送大小

//------------------------------------------------------

//step1: 用户可用API

const pvFunWord init; //初始化.

const pbFun_Bytex api_TxdFrame; //发送数据帧. (发送帧)

const pbFunChar api_TxdByte; //发送数据字节

//------------------------------------------------------

//step2: 注入回调函数

pbFun_Bytex inj_RcvFrame; //(ISR)接收数据帧. (接收帧)

pvFunDummy inj_TxdReady; //(ISR)发送完毕回调

//------------------------------------------------------

//step3: 接收回调函数

struct TTYx_HANDLE_STRUCT * pvNext; //连接到下一个指令

}TTYx_HANDLE;

可注入的命令脚本（CLI）实现

命令CLI也是一个结构体对象：

/*---------------------*

* CLI指令

*----------------------*/

typedef struct

{

const char * const pcCmdStr; //指令字符串(只能为小写字母)

const char * const pcHelpStr; //指令描述,必须以:"

结束". 比如:"help: Returns a list

const pFunHook pxCmdHook; //指向回调函数的指针,处理成功返回真否者返回0;

uint8_t ucExpParam; //指令期望的参数个数

const MEDIA_HANDLE *phStorage; //指向存储介质,没有的话填充NULL

}Cmd_Typedef_t;

各位朋友可能会使用到非常多的自定义CLI命令，格式诸如这个网卡的命令：

const Cmd_Typedef_t CLI_WizMsg=

{

//识别关键字

.pcCmdStr = "wiz",

//帮助内容

.pcHelpStr =

"[WIZ contorls]

" wiz help

" wiz rd info

" wiz reset

" wiz wr ip ...

" wiz wr mask ...

" wiz wr way ...

" wiz wr mac -

" wiz wr port

" wiz wr sip ...

" wiz wr cip ...

" wiz load default

"[WIZ Test mode]

" wiz loop open

" wiz loop close

//处理函数

.pxCmdHook = &Shell_WIZ_Service, //见实体函数

//附带数据

.ucExpParam = 0,

#ifdef SHELL_USE_YMODEM

//存储介质

.phStorage = NULL,

#endif

};

/*---------------------*

* CLI 链表节

*----------------------*/

Cmd_List_t WizList = { &CLI_WizMsg, NULL,}; //Shell指令的头

如配置IP地址输入“wiz wr ip 192.168.1.250 ”则可以了

3. 环境准备

3.1 硬件开发环境

STM32F103系列开发板一块，带USART1接口。

USB转串口线一根。

3.2 软件开发环境

MDK4.72或以上

SecureCRT串口超级终端

3.3 软件配置

在xc_shell使用“/r/n”作为命令的结束符，而SecureCRT按下Enter不是输入“/r/n”故而需要按下图设置：此外在《终端》/仿真/高级中选取【本地回显】

4. 代码介绍

4.1 目录结构

□ XC_SHELL

├──┬── BSP_LIB BSP库，硬件相关驱动代买

│ ├──── bsp_ledx.c 基础LED驱动

│ └──── bsp_tty0.c 调试串口驱动

│

├──┬──MDK-ARM 工程文件

│ └──── Project.uvproj

│

├──┬──SHELL_CFG SHELL配置头文件

│ └──── user_eval.h

│

├──┬──SHELL_CORE SHELL内核文件

│ ├──── xc_shell.c SHELL内核文件

│ ├──── xc_ymodem.c Ymodem传输协议（默认关闭，在xc_shell.h中启动）

│ ├──── xc_iap.c Flash的IAP操作，需要bsp_flash.c驱动支持

│ └──── shell_iap.c shell的用户脚本模板

│

├──┬──SHELL_INC SHELL头文件

│ ├──── bsp_type.h 驱动结构定义

│ ├──── xc_shell.h SHELL头文件

│ └──── xconfig.h 硬件无关配置文件

│

├──┬──STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0 STM32的标准外设库

│ └──── ......

│

└──┬──USER 用户文件

├─ .....

└──── main.c main文件

4.2 工程设置要点

1）设置使用微库：

2）配置包含和路径，注意使用了“--c99”标准，如图

3）编译工程，无错误警告后烧写程序到开发板运行。

4.3 最终效果

按图输入一下指令，SHELL平台会回复相关信息。其中输入“led set 0=1”会将信号1分配到物理LED0上；输入“led set 0=2”会将信号2分配到物理LED0上。这样用户编写程序代码时相当于拥有了超级多的LED信号可用，调试时序非常有用。

5. 添加自己的指令脚本

5.1 源代码示例

假设我要编写一个自己的指令脚本，来读取MCU的关键信息，关键字为mcu，文件命名为shell_mcu.c；当输入“mcu rd 0”时显示MCU的FLASH大小，输入“mcu rd 1”时读取MCU的唯一ID信息。shell_mcu.c源代码：

/*********************************Copyright (c)*********************************

** FIVE工作组

**---------------------------------File Info------------------------------------

** File Name: shell_mcu.c

** Last modified Date: 2017/9/17 1557

** Last Version: V1.0

** Description: shell测试

**------------------------------------------------------------------------------

** Created By: wanxuncpx

** Created date: 2017/9/17 1508

** Version: V1.0

** Descriptions: none

**------------------------------------------------------------------------------

** HW_CMU: STM32F103

** Libraries: STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0

** version V3.5

*******************************************************************************/

/******************************************************************************

更新说明:

******************************************************************************/

/******************************************************************************

********************************* 编译控制 ********************************

******************************************************************************/

#define MCU_SHELL //注释掉时屏蔽iap shell功能

#include "xc_shell.h" //Shell支持文件,含bool,uint8_t..以及串口数据收发操作

/******************************************************************************

********************************* 文件引用部分 ********************************

******************************************************************************/

/*---------------------*

* 模块驱动引用

*----------------------*/

//#include "net_w5500.h"

#ifdef MCU_SHELL

/******************************************************************************

********************************** Shell实例 **********************************

******************************************************************************/

/*---------------------*

* CLI指令服务

*----------------------*/

extern bool Shell_MCU_Service(void * pcBuff, uint16_t len );

/*---------------------*

* CLI 结构

*----------------------*/

const Cmd_Typedef_t CLI_McuMsg=

{

//识别关键字

"mcu",

//帮助内容

"[mcu contorls]

" mcu rd - Read FLASH information.

//处理函数

&Shell_MCU_Service,

//附带数据

#ifdef SHELL_USE_YMODEM