文章目录

• • 1- JSON介绍
  • 2- 配置添加代码
  • • （1）配置
    • （2）usart.c（串口初始化保存获取数据）
    • （2）gpio.c（建立映射关系）
    • （3）main.c（串口接收数据并解析）
  • 3- 调试结果
  • 4- 涉及到的函数理解及分析
  • • （1）HAL_UART_Transmit()
    • （2）HAL_UART_Receive_IT()
    • （3）JSON_Validate()
    • （4）JSON_Search()
    • （5）strncasecmp()

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1- JSON介绍

JSON（JavaScript Object Notation），即 JS对象简谱，是一种轻量级的数据格式。
它采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，语法简洁、层次结构清晰，易于人阅读和编写，同时也易于机器解析和生成，有效的提升了网络传输效率。

JSON 可以将 JavaScript 对象中表示的一组数据转换为字符串，然后就可以在网络或者程序之间轻松地传递这个字符串，并在需要的时候将它还原为各编程语言所支持的数据格式。

JSON是一种语法，用来序列化对象、数组、数值、字符串、布尔值和NULL值。JSON数据的本质就是一段字符串而已，只不过有不同意义的分隔符将其分割开来而已。
我们看上面的符号,里面有[]，{}等符号，其中：

• ()表示一个对象,它是一个无序的键值对(属性值)集合,里面的不同键值对用逗号隔开
• 冒号:表示一个键值对（key:value），冒号前面是属性的名称（key），后面是属性的值（value）。值可以是双引号括起来的字符串(string)、数值(number)、true，false， null、对象(object)或者数组(array)，这些结构可以嵌套。
• []表示的是一个数组，它是值的有序集合，值之间使用逗号分隔。

我们使用串口接收PC端下发的JSON格式的LED控制指令报文，解析并实现LED灯的控制：
JSON格式控制数据报文定义：
{“RedLed”:“on”,“GreenLed”:“on”,“BlueLed”:“on”}
{“RedLed”:“off”,“GreenLed”:“off”,“BlueLed”:“off”}

JSON作为广泛使用的数据通信格式吗，每种编程语言都会有很多解析库，而C语言中经常用到的JSON解析库有cJSON，但因为嵌入式单片机中的Flash、RAM有限，这里我们就使用单片机中常用的免费开源操作系统FreeRTOS里自带的coreJSON库：

json文件链接：coreJSON库
提取码：5253

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2- 配置添加代码

（1）配置

配置使能串口USART1的中断,使用中断来接收串口上收到的数据。

（2）usart.c（串口初始化保存获取数据）

/* USER CODE BEGIN 0 */
static uint8_t  s_uart1_rxch;//获取到的一个字节的数据保存在这里，相当于中转站
char            g_uart1_rxbuf[256];//将s_uart1_rxch获取到的每个字节保存在g_uart1_rxbuf中
uint8_t         g_uart1_bytes;//一次累加，最大256
/* USER CODE END 0 */

/*MX_USART1_UART_Init()串口初始化函数中添加HAL_UART_Receive_IT()函数*/
/*使能usart1的中断接收，中断接收到的每个字节的数据保存在s_uart1_rxch中*/
void MX_USART1_UART_Init(void)
{
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &s_uart1_rxch, 1);
}

/* USER CODE BEGIN 1 */
/*printf()函数的定义，可以不用管*/
#ifdef __GNUC__
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)/*char类型是以int类型存储的，所以可以用int*/
#else
  #define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
#endif /* __GNUC__ */

PUTCHAR_PROTOTYPE
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF);

  return ch;
}

/*在这里添加串口中断接收的回调函数,还要g_uart1_rxbuf没有满,就将中断接收到的1字节数据s_uart1_rxch存储到g_uart1_rxbuf中,并将g_uart1_bytes 自加。*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart -> Instance == USART1 )
	{
		if( g_uart1_bytes < sizeof(g_uart1_rxbuf) )
		{
			g_uart1_rxbuf[g_uart1_bytes++] = s_uart1_rxch;
		}
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &s_uart1_rxch, 1);
	}
}
/* USER CODE END 1 */

usart.h

/* USER CODE BEGIN Includes */

#include <stdio.h>
#include <string.h>

/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN Private defines */
/*在这里添加uart1接收buffer 相关变量声明,并添加一个宏clear_uart1_rxbuf()用来清除接收buffer里的数据*/
extern char       g_uart1_rxbuf[256];
extern uint8_t    g_uart1_bytes;

#define clear_uart1_rxbuf() do { memset(g_uart1_rxbuf, 0, sizeof(g_uart1_rxbuf) ); g_uart1_bytes = 0;}while(0)
/* USER CODE END Private defines */

（2）gpio.c（建立映射关系）

/* USER CODE BEGIN 2 */

gpio_t      leds[LedMax] =
{
		{"SysLed", SysLed_GPIO_Port,  SysLed_Pin},
		{"BlueLed", BlueLed_GPIO_Port,  BlueLed_Pin},
		{"RedLed", RedLed_GPIO_Port,  RedLed_Pin},
		{"GreenLed", GreenLed_GPIO_Port,  GreenLed_Pin},
};

void turn_led(int which, int status)
{
	GPIO_PinState       level;
	if( which<0 || which>=LedMax)
	{
		return ;
	}
	level = status == OFF ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET;

	HAL_GPIO_WritePin(leds[which].group, leds[which].pin, level);
}

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
	if (Key1_Pin == GPIO_Pin)
	{
		blink_led(BlueLed, 500);
	}

	else if(Key2_Pin == GPIO_Pin)
	{
		blink_led(RedLed, 500);
	}
}
/* USER CODE END 2 */

gpio.h

/* USER CODE BEGIN Prototypes */
enum
{
	SysLed,
	BlueLed,
	RedLed,
	GreenLed,
	LedMax,
};

#define OFF 0
#define ON 1

/*将gpio.c中定义的gpio_t结构体定义移到头文件中来,并在它里面添加一个char *name的字段,其它C文件会用到这个结构体。*/
typedef struct gpio_s
{
	  const char     *name;
	  GPIO_TypeDef   *group;
	  uint16_t       pin;
} gpio_t;

extern gpio_t      leds[LedMax];

extern void turn_led(int which, int status);
extern void blink_led(int which, uint32_t interval);
void sysled_hearbeat(void);

/* USER CODE END Prototypes */

（3）main.c（串口接收数据并解析）

需要包含core_json.h这个头文件，.h和.c文件网盘有，下载之后在相关路径放进去然后刷新，会看见加载到STM32IDE中了。

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "core_json.h"
/* USER CODE END Includes */

/* USER CODE BEGIN 0 */
static int  parser_led_json(char *json_string, int bytes);
static void proc_uart1_recv(void);
/* USER CODE END 0 */

 while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  proc_uart1_recv();
  }

/* USER CODE BEGIN 4 */
int  parser_led_json(char *json_string, int bytes)
{
	JSONStatus_t   result;
	char           save;
	char           *value;
	size_t         valen;
	int            i;

	printf("BDUG: Start parser JSON string:%s\r\n", json_string);

	result = JSON_Validate(json_string, bytes);

	if(JSONPartial == result)
	{
		printf("WARN: JSON document is valid so far but incomplete!\r\n");
		return 0;
	}

	if(JSONSuccess != result )
	{
		printf("ERROR: JSON doument is not valid JSON!\r\n");
		return -1;
	}

	for(i=0; i<LedMax; i++)
	{
		result = JSON_Search( json_string, bytes, leds[i].name, strlen(leds[i].name), &value, &valen);

		if(JSONSuccess == result)
		{
			save = value[valen];
			value[valen] = '\0';

			if( !strncasecmp(value, "on", 2))
			{
				printf("DBUG: turn %s on\r\n", leds[i].name);
				turn_led(i, ON);
			}

			else if(!strncasecmp(value, "off", 3))
			{
				printf("DBUG: turn %s off\r\n", leds[i].name);
				turn_led(i, OFF);
			}

			value[valen] = save;
		}
	}
	return 1;
}

void proc_uart1_recv(void)
{
	if( g_uart1_bytes > 0)
	{
		HAL_Delay(200);
		if(0 != parser_led_json(g_uart1_rxbuf, g_uart1_bytes) )
		{
			clear_uart1_rxbuf();
		}
	}
}
/* USER CODE END 4 */

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3- 调试结果

发送{“BlueLed”:“on”,“RedLed”:“on”,“GreenLed”:“on”}会看见三个灯都亮了。

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4- 涉及到的函数理解及分析

（1）HAL_UART_Transmit()

HAL_UART_Transmit()是STM32 HAL库串口发送函数，我的理解就是串口需要发送的数据函数，我们在printf重定向的时候就是将输出重定向到这个函数嘛。

C语言中printf函数默认输出设备是显示器，如果要实现在串口或者LCD上显示，必须重定义标准库函数里调用的与输出设备相关的函数。比如使用printf输出到串口，需要将fputc或者__io_putchar里面的输出指向串口。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout)

• UART_HandleTypeDef *huart：UART的别名，如UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1；查看系统定义的句柄结构体，我们的上述代码中就是huart1串口
• *pData：需要发送的数据
• uint16_t Size：发送数据的大小
• uint32_t Timeout：最大发送时间，发送数据超过该时间退出发送

（2）HAL_UART_Receive_IT()

HAL_UART_Receive_IT是STM HAL库的串口中断接收函数，有数据来了就去读取，而且我们这里是一个字节一个字节读取的。并且读取到的数据保存在s_uart1_rxch中，然后调用回调函数将s_uart1_rxch的数据放在了s_uart1_rxchbuf中，最终发送的所有数据都在s_uart1_rxchbuf中。

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &s_uart1_rxch, 1);

函数原型：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

• UART_HandleTypeDef *huart：UART的别名，如UART_HandleTypeDef huart1; 别名就是huart1；查看系统定义的句柄结构体，我们的上述代码中就是huart1串口
• uint8_t *pData：读到的数据
• uint16_t Size：数据的大小

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart -> Instance == USART1 )
	{
		if( g_uart1_bytes < sizeof(g_uart1_rxbuf) )
		{
			g_uart1_rxbuf[g_uart1_bytes++] = s_uart1_rxch;
		}
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &s_uart1_rxch, 1);
	}
}

（3）JSON_Validate()

JSON_VALIDATE()函数用于判断value的值是否是有效的JSON数据。

• 如果返回值是JSONPartial：说明数据还没有收完，只有一部分。
• 如果返回值是JSONSuccess：说明数据接收完毕，是有效的JSON数据。

	result = JSON_Validate(json_string, bytes);

	if(JSONPartial == result)
	{
		printf("WARN: JSON document is valid so far but incomplete!\r\n");
		return 0;
	}

	if(JSONSuccess != result )
	{
		printf("ERROR: JSON doument is not valid JSON!\r\n");
		return -1;
	}

（4）JSON_Search()

通过JSON_Search()函数去解析json数据并且去寻找匹配。匹配是根据leds[LedMax]循环匹配查找的。

gpio_t      leds[LedMax] =
{
		{"SysLed", SysLed_GPIO_Port,  SysLed_Pin},
		{"BlueLed", BlueLed_GPIO_Port,  BlueLed_Pin},
		{"RedLed", RedLed_GPIO_Port,  RedLed_Pin},
		{"GreenLed", GreenLed_GPIO_Port,  GreenLed_Pin},
};

for(i=0; i<LedMax; i++)
{
	result = JSON_Search( json_string, bytes, leds[i].name, strlen(leds[i].name), &value, &valen);
	...
}

假设发送的json格式的数据：{“RedLed”:“on”,“GreenLed”:“off”,“BlueLed”:“on”}

• 第一次循环：leds[0].name是Sysled，无匹配的，进入下一次循环。
• 第二次循环：leds[1].name是BlueLed，匹配到了。就将value赋值为on，然后将valen赋值为2，然后进行接下来的操作（打开灯或者关灯）。
• 第三次循环：leds[2].name是RedLed，匹配到了。就将value赋值为off，然后将valen赋值为3

（5）strncasecmp()

头文件：#include <string.h>

定义函数：int strncasecmp(const char *s1, const char *s2, size_t n);

函数说明：strncasecmp()用来比较参数s1 和s2 字符串前n个字符，比较时会自动忽略大小写的差异。

返回值：若参数s1 和s2 字符串相同则返回0。s1 若大于s2 则返回大于0 的值，s1 若小于s2 则返回小于0 的值。

if( !strncasecmp(value, "on", 2))
	{
		printf("DBUG: turn %s on\r\n", leds[i].name);
		turn_led(i, ON);
	}

else if(!strncasecmp(value, "off", 3))
	{
		printf("DBUG: turn %s off\r\n", leds[i].name);
		turn_led(i, OFF);
	}

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