STM32F103 Vofa+ 配置与调试指南 - 一只豆腐

为了阐述清晰和 miniFOC 的开发进行的区分，单独一章讲一讲这个上位机调试工具 Vofa+，当时是看到 B 站 Up mandzy 的视频以及 Vofa+ 精致的界面感觉这个工具能够帮上不少忙。目前 Vofa+ 支持三种传输协， FileWater， JustFloat， RawData。对于电机控制而言，传输波形的数据需要用到浮点，第二个传输浮点数据的协议就比较合适了，具体选用哪种协议示情况而定。

Vofa+ demo, HangX-Ma

0. 资料汇总

1. STM32 Virtual Serial Port

本质上是用 USB 虚拟串口进行数据收发，没想到 F103 系列也支持，但是后来看了看 F103 虚拟串口没有 DMA 功能，这个就比较致命了。按照现有设计，除了进行指令的交互， MCU 还需要通过串口向上位机传输数据，如果直接交由 CPU 进行处理会极大浪费计算资源，一般来说需要通过 DMA 规避 CPU 对这些数据的处理。所以，对于 F103 系列还是老老实实用 USARTx + DMA 的组合比较合适。

2. Vofa+: JustFloat Protocol

具体的协议内容可以看官网的 JustFloat 说明，除了采样数据解析外，该协议还能进行图像解析。目前我只用到了数据采样解析部分，搞懂这个也就一通百通了，可以看到滚放定义的数据帧如下所示，帧尾是一个 4 字节的特定数据 0x00, 0x00, 0x80, 0x7f，这是小端的顺序，大端需要调换一下数据的存储顺序。也就是说，我们在发送完希望传输的数据后，需要紧跟在这些数据后面发送一个尾帧，才能让 Vofa+ 识别数据帧的内容并进行可视化以及文本打印。

#define CH_COUNT 通道数量
struct Frame {
    float fdata[CH_COUNT];
    unsigned char tail[4]{0x00, 0x00, 0x80, 0x7f};
};

一般来说，串口是无法接收 float 类型的数据的，但 float 类型在 STM32 中占据 4 个字节，因而我们可以定义这样一个 union 联合体结构解决 float 数据传输的问题。 fdata 和 chars 共用一块内存区域并且都占据 4 个字节，这样在使用串口发送数据的时候就能将 fdata 拆分成 4 个 chars 进行发送。

/**
 * @brief Use union to decompose the float_data into 4 bytes char.
 *        Because the USART only transfer bytes.
 */
typedef union Format{
    float    fdata;    // little-endian float
    uint8_t  chars[4];
} Format_Typedef;

Format_Typedef send_data[VOFA_SEND_CH_COUNT];
Format_Typedef recv_data[VOFA_RECV_CH_COUNT];

这样，根据这个协议，我们仅需要定义两个数据就能完成 USART 的收发，将这两个数组的地址分别配置为发送部分 DMA 的内存地址，以及接收部分的内存地址。当然，在设置 DMA 的传输数据总量的时候也需要考虑到末尾 4 个字节的特定数据帧。

具体的配置可以查看 vofa_usart.h 和 vofa_usart.c 这两个文件。

特别感谢 B 站 mandzy Up 提供的代码参考！

3. Vofa+ Components

Vofa+ 还提供了一系列控件方便我们进行对下位机的调试，这里以这个 ExtraButtonToggle 控件为例。

将这个控件拖出到新的 Tab 中，右击可以看到一个 事件与参数 的选项，这是表示按钮在激活以及关闭的时候会发送的指令。如果我们的下位机协议非常简单，配置这个控件的这个选项的参数就能实现功能，但我们经常会需要对指令包装一个帧头以区分不同功能的指令，并在解析帧头后继续接收数据， Vofa+ 提供了一个 命令 区块方便我们发送 帧头+数据 这种组合。

Vofa+ components, HangX-Ma

以上图为例，我定义了一段命令的内容为 AA FF 00 01 %% 00 00 00，前半部分是我定义的帧头数据，只有识别到 AA 和 FF 我才会继续解析指令，将末尾的 01 作为区分不同指令的具体标识。

而后半段则是我定义的数据帧， %% 标识占位符，这样一组 %%占位一个字节，我在这个按钮控件的 事件与参数 部分设置了激活态发送 01，关闭态发送 02，这样在我按下按钮后，根据当前按钮的状态， %% 会被替换为 01 或者 02。这样，每次按下按钮后， Vofa+ 都会向 STM32 发送 AA FF 00 01 01 00 00 00 或者 AA FF 00 01 02 00 00 00。

可以结合我在 USART 中 DMA 接收部分对数据的解析方式进行理解。

void USARTx_DMA_RX_IRQHandler(void) {
    // If data receiving complete, clear the TC5 flag
    if (LL_DMA_IsActiveFlag_TC5(DMA1) != RESET) {
        LL_DMA_ClearFlag_TC5(DMA1);
        // receive frame header: 0xAA 0xFF
        Format_Typedef recv_header = recv_frame.data_group[0];
        if ((recv_header.chars[0] == 0xAA) && (recv_header.chars[1] == 0xFF)) {
            char cmd = recv_header.chars[3];
            Format_Typedef recv_data = recv_frame.data_group[1];

            switch (cmd) {
            case 0x01:                         // control motor start/stop
                if (recv_data.chars[0] == 1) { // start
                    LED_STATE_TOGGLE();
                    g_bldc.start_pwm();
                } else if (recv_data.chars[0] == 2) { // stop
                    LED_STATE_TOGGLE();
                    g_bldc.stop_pwm();
                }
                break;
            case 0x02: // set velocity
                g_target_motor_vel = recv_data.fdata;
                break;
            default:
                break;
            }
        }
        // we need to disable dma rx channel and reset the transfer length
        usart_rx_dma_reload();
    }
}

这里为什么设置的发送帧为 8 个字节？这是因为目前使用的是 JustFloat 协议，协议发送和接收都是依据 float 的格式与大小进行的。而我定义了接收帧为大小为 2 的 Format_Typedef 数组，正好是 2 个 float， 8 个字节大小。若是不理解可以看看 mandzy 的相关视频。

4. 调试记录

一个简单的 USART + DMA 配置，结果配完 USART1 后发现没有数据发送出来，也没有数据接收到。

将 USART1 更换为 USART2 以及 USART3 都是一样的情况。
检查了 DMA 的配置，发现 recv_frame 和 send_frame 的地址忘记写目标地址上了，但是还是不行。
单独测试收的过程，在指令中加入一个翻转 LED 的命令，无效， cortex-debug 也接收不到中断。
主程序可以跑通，加入 LED 翻转指令有效，通过 cortex-debug 插件也没有发现数据有问题。
用自己之前写的可以工作的 USART1 的程序进行回环测试，无效，基本确定 CH340 硬件坏了。
用逻辑分析仪测了一下输出脚 PB6(Tx) 有不同的输出波形，说明 DMA 通信不成问题了，协议部分还不清楚，但 CH340 肯定坏了。
JustFloat 协议测试可用。

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