USART波特率计算溢出Bug

硬件平台是STM32F429，运行在 180MHz 主频下，固件库版本V1.2.1。使用 USART1 和 USART2 进行串口输出，但是用示波器一看，波特率明显不对。

我的代码如下：

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART6, ENABLE);

    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 9600;

    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;

    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx;

    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

    USART_Init(UART_CHN0, &USART_InitStruct);

    USART_Init(UART_CHN1, &USART_InitStruct);

    USART_Cmd(UART_CHN0, ENABLE);

    USART_Cmd(UART_CHN1, ENABLE);

一开始严重怀疑 USART_InitStruct.USART_BaudRate 的设置不应该那么简单，但仔细看了 USART_Init() 函数才发现这个波特率是自动计算出来的，也没有轻易怀疑官方固件库存在问题。网上别人也是这么写的，都没有问题。

于是看了手册。这里说下 STM32 的波特率设置寄存器，其实是一个定点数存储器，如下：

从上图可以看出，该寄存器高 16 位无效，最低 4 位为小数部分，其余部分为整数部分。这样的设计可以使波特率更加精确。
关于波特率的产生，有这么一段话来解释：
“分数波特率的产生:
接收器和发送器（RX和TX）都是设置城USARTDIV整数和小数寄存器中配置的值。
TX/RX波特率=Fck/（16*USARTDIV)
例子：从BRR寄存器的值计算得到USARTDIV
如果DIV_Mantissa=27D，DIV_Fraction=12D(BRR=1BCH)，那么
Mantissa(USARTDIV)=27D
Fraciton(USARTDIV)=12/16=0.75D
因此，USARTDIV=27.75D”
（其中，D表示十进制）
按照这个说法，看了一下 USART_Init() 函数计算的 BRR 寄存器值，发现明显的不对，先给出 USART_Init() 函数中 BRR 寄存器计算部分的代码：


  uint32_t tmpreg = 0x00, apbclock = 0x00;
  uint32_t integerdivider = 0x00;
  uint32_t fractionaldivider = 0x00;
/* Configure the USART Baud Rate */
  RCC_GetClocksFreq(&RCC_ClocksStatus);

  if ((USARTx == USART1) || (USARTx == USART6))
  {
    apbclock = RCC_ClocksStatus.PCLK2_Frequency;
  }
  else
  {
    apbclock = RCC_ClocksStatus.PCLK1_Frequency;
  }
  
  /* Determine the integer part */
  if ((USARTx->CR1 & USART_CR1_OVER8) != 0)
  {
    /* Integer part computing in case Oversampling mode is 8 Samples */
    integerdivider = ((25 * apbclock) / (2 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)));
  }
  else /* if ((USARTx->CR1 & USART_CR1_OVER8) == 0) */
  {
    /* Integer part computing in case Oversampling mode is 16 Samples */
    integerdivider = ((25 * apbclock) / (4 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)));
  }
  tmpreg = (integerdivider / 100) << 4;

  /* Determine the fractional part */
  fractionaldivider = integerdivider - (100 * (tmpreg >> 4));

  /* Implement the fractional part in the register */
  if ((USARTx->CR1 & USART_CR1_OVER8) != 0)
  {
    tmpreg |= ((((fractionaldivider * 8) + 50) / 100)) & ((uint8_t)0x07);
  }
  else /* if ((USARTx->CR1 & USART_CR1_OVER8) == 0) */
  {
    tmpreg |= ((((fractionaldivider * 16) + 50) / 100)) & ((uint8_t)0x0F);
  }
  
  /* Write to USART BRR register */
  USARTx->BRR = (uint16_t)tmpreg;


可以看出，这里用于计算的 Fck 是直接从寄存器中读出来的，读出的值是正确的。接下来计算整数部分，这里就出错了。进一步跟踪“integerdivider = ((25 * apbclock) / (4 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)));”这段代码，看汇编程序，发现当 apbclock 为 180,000,000 的时候计算结果是错的，原因在于 25*180000000=4500000000，已经超过了 2^32=4294967296 所能表示的最大数，因此计算结果溢出。
因此，将计算整数部分的代码修改如下：
  
  /* Determine the integer part */
  if ((USARTx->CR1 & USART_CR1_OVER8) != 0)
  {
    /* Integer part computing in case Oversampling mode is 8 Samples */
//    integerdivider = ((25 * apbclock) / (2 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)));
    integerdivider = ((25 * (apbclock / 2)) / (USART_InitStruct->USART_BaudRate));
  }
  else /* if ((USARTx->CR1 & USART_CR1_OVER8) == 0) */
  {
    /* Integer part computing in case Oversampling mode is 16 Samples */
//    integerdivider = ((25 * apbclock) / (4 * (USART_InitStruct->USART_BaudRate)));
    integerdivider = ((25 * (apbclock / 4)) / (USART_InitStruct->USART_BaudRate));
  }


经测试验证，该计算结果正确，波特率正确，USART 能够正常通信。我在我的博客里再次质问下 ST 吧，这样的边界问题，你们不做测试么？