4. 串口驱动接入（UART）

UART，说白了就是嵌入式世界里最基础的“对话线”。Bootloader 阶段，屏幕没亮，网络没通，你靠什么跟芯片交流？绝大多数时候，靠的就是这根串口线。我最早做 Bootloader 时，第一件事就是把 UART 调通，因为后面所有的调试信息、升级指令、状态打印，全得从这条通道走。

这一章，我们就来聊聊 UART 协议的基础，以及在 Bootloader 这种裸机环境下，怎么用轮询模式把串口驱动跑起来。

4.1 UART 协议基础

UART 全称是 Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发器。注意“异步”这两个字——它没有单独的时钟线，收发双方靠约定的波特率来同步。

一个标准的 UART 数据帧长这样：

我个人习惯用 8N1 配置——8 位数据、无校验、1 位停止位。这是最通用的组合，兼容性最好。你在 Bootloader 里用这个配置，基本不会踩坑。

4.2 Bootloader 中 UART 的轮询模式驱动实现

Bootloader 阶段，中断系统可能还没完全初始化，或者你根本不想引入中断的复杂性。这时候，轮询模式就是最靠谱的选择。

轮询模式的核心思路很简单：CPU 不断去检查 UART 的状态寄存器，看看有没有数据可读，或者能不能发数据。说白了，就是“主动问，不等待通知”。

4.2.1 初始化流程

初始化 UART，通常需要做这几步：

1. 使能时钟——给 UART 外设和对应的 GPIO 口提供时钟。
2. 配置 GPIO 复用——把 TX、RX 引脚切换到 UART 功能。
3. 设置波特率——通过分频寄存器算出匹配的数值。
4. 配置数据格式——数据位、停止位、校验位。
5. 使能 UART——打开收发器。

我在项目中遇到过一个问题：初始化顺序搞反了。先使能 UART，再配 GPIO，结果 TX 引脚在使能瞬间输出了一段乱码。从那以后，我都是先配好 GPIO 和时钟，最后才打开 UART 使能位。

4.2.2 发送一个字节

发送的逻辑很简单：等发送保持寄存器空，然后把数据写进去。

void uart_putc(char c)
{
    // 等待发送缓冲区空
    while (!(UART->SR & UART_SR_TXE));
    // 写入数据
    UART->DR = c;
}

这里有个细节：有些芯片的 TXE 标志位表示“数据已转移到移位寄存器”，但可能还没发完。如果你紧接着要关串口或进低功耗，最好再等 TC（发送完成）标志位。嗯，这里要注意。

4.2.3 接收一个字节

接收也是类似的轮询：

char uart_getc(void)
{
    // 等待接收数据就绪
    while (!(UART->SR & UART_SR_RXNE));
    // 读取数据
    return (char)(UART->DR);
}

你可能会问：如果一直没数据，程序不就卡死了？没错，所以实际 Bootloader 里，我通常会加一个超时机制。比如用 SysTick 或者一个简单的循环计数，超过一定时间就返回错误。

4.3 波特率配置与数据收发

波特率是 UART 通信的“节奏”。收发双方必须用同一个节奏，否则数据就是一团乱码。

4.3.1 波特率计算

大多数 MCU 的 UART 波特率生成器，都是基于系统时钟分频的。公式大致是：

波特率 = 时钟频率 / (16 * USARTDIV)

USARTDIV 是一个分频系数，通常写在波特率寄存器里。比如系统时钟 72MHz，想要 115200 波特率：

USARTDIV = 72000000 / (16 * 115200) = 39.0625

取整后写入寄存器，实际波特率会有微小偏差。偏差在 ±2% 以内通常没问题。我见过一个项目，晶振精度不够，偏差到了 3.5%，结果 115200 下频繁丢字节，降到 9600 就正常了。

4.3.2 数据收发流程

在 Bootloader 里，数据收发通常不是单个字节，而是一包一包地处理。我习惯的做法是：

• 发送：把要打印的字符串或数据包，逐个字节调用 uart_putc。
• 接收：用超时轮询收一个完整的数据帧，比如以 0x0A 换行符结尾，或者固定长度。

举个例子，一个简单的串口打印函数：

void uart_puts(const char *str)
{
    while (*str)
    {
        uart_putc(*str++);
    }
}

接收一个带超时的字节：

int uart_getc_timeout(char *c, uint32_t timeout)
{
    while (timeout--)
    {
        if (UART->SR & UART_SR_RXNE)
        {
            *c = (char)(UART->DR);
            return 0;  // 成功
        }
        // 简单的延时，具体延时量取决于你的系统时钟
        for (volatile uint32_t i = 0; i < 100; i++);
    }
    return -1;  // 超时
}

4.4 本章知识体系

下面这张图，把 UART 在 Bootloader 阶段的接入逻辑串起来了：

这张图把整个流程串起来了。从协议基础开始，到初始化配置，再到收发实现，最后落到 Bootloader 的具体应用里。你写代码的时候，按这个顺序走，基本不会乱。

我记得有一次，一个同事在 Bootloader 里加了中断接收，结果中断向量表还没重定位，一收数据就跑飞。我帮他改成轮询模式，问题立刻解决。所以说，Bootloader 阶段，简单就是美。