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【STM32CubeMX】NRF24L01模块实现“1对1“及“1对多“无线通信
大家好，我是小政。本篇文章我将针对NRF24L01模块实现"1对1"及"1对多"无线通信的STM32CubeMX配置过程进行详细的讲解，让准备学习HAL库的小伙伴能够更好的理解STM32CubeMX如何配置。
NRF24L01模块实现"1对1"及"1对多"无线通信
1. 芯片简介
NRF24L01 是 NORDIC 公司最近生产的一款无线通信通信芯片，采用 FSK 调制，内部集成 NORDIC 自己的 Enhanced Short Burst 协议。可以实现点对点或是 1 对 6 的无线通信。无线通信速度可以达到 2Mbps。NORDIC 公司提供通信模块的 GERBER 文件，可以直接加工生产。嵌入式工程师或是单片机爱好者只需要为单片机系统预留 5 个 GPIO，1 个中断输入引脚，就可以很容易实现无线通信的功能，非常适合用来为 MCU 系统构建无线通信功能。
（1）NRF24L01功能框图
NRF24L01的框图上图所示，从单片机控制的角度来看，我们只需要关注图1右面的六个控制和数据信号，分别为CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ、CE。
- CSN：芯片的片选线，CSN为低电平时，芯片工作
- SCK：芯片控制的时钟线(SPI时钟)
- MISO：芯片控制数据线，主控制器输出，从器件数据输入
- MOSI：芯片控制数据线，主控制器输入，从器件数据输出
- CE：芯片的模式控制线。在CSN为低电平的情况下，CE协同NRF24L01的CONFIG寄存器共同决定NRF24L01的状态
- IRQ：中断信号。无线通信过程中MCU主要通过IRQ与NRF24L01进行通信
在以下三种情况变低：
a) Tx FIFO 发完并且收到ACK（使能ACK情况下）
b) Rx FIFO 收到数据
c) 达到最大重发次数（2）NRF24L01状态机
对于NRF24L01的固件编程工作主要是参照NRF24L01的状态机。主要有以下几个状态：
Power Down Mode：掉电模式
Tx Mode：发射模式
Rx Mode：接收模式
Standby-1 Mode：待机1模式
Standby-2 Mode：待机2模式（3）NRF24L01工作模式
工作模式分为四种模式：接收模式，发送模式，待机模式，掉电模式。
收发模式又分为：Enhanced ShockBurstTM收发模式(支持自动ACK和自动重发)、ShockBurstTM收发模式和直接收发模式三种，收发模式由器件配置字决定。
通常使用Enhanced模式。在Enhanced ShockBurstTM收发模式下， NRF24L01自动处理字头和CRC校验码。在接收数据时，自动把字头和CRC校验码移去。在发送数据时，自动加上字头和CRC校验码，在发送模式下，置CE为高，至少10us，将时发送过程完成后。，该模式要求终端设备在接收到数据后有应答信号，以便发送方检测有无数据丢失，一旦丢失则重发数据。（4）TX与RX的配置过程
这里采用Enhanced ShockBurstTM通信方式的Tx 与Rx的配置及通信过程。
4.1 TX 模式初始化过程
4.2 RX 模式初始化过程
2. 硬件准备
（1）所需硬件
- 芯片：STM32F103C8T6系统板
- 供电：USB线
- 模块：NRF24L01
（2）硬件连接：
- PB4 —— NRF24L01的IRQ引脚
- PB5 —— NRF24L01的CSN引脚
- PB6 —— NRF24L01的CE引脚
- PB13 —— NRF24L01的SCK引脚
- PB14 —— NRF24L01的MISO引脚
- PB15 —— NRF24L01的MOSI引脚
3. STM32CubeMX配置过程
1.1 所用工具：
- 芯片：STM32F103C8T6
- IDE：MDK-Keil软件
- STM32F1xxHAL库
1.2 知识概括：
- STM32CubeMX创建LED，KEY，SPI例程
- Keil软件程序编写
1.3 工程创建
1、芯片选择
芯片：STM32F103C8T6（根据自己的板子来进行选择）
2、设置Debug
选择Serial Wire，这里是当你想要在keil中进行调试时一定要选择该选项
3、设置RCC
设置高速外部时钟HSE 选择外部时钟源
4、SPI2配置
SPI2设置为全双工主模式，NRF24L01要求时钟速率设置为8M以下
5、USART1配置
异步收发，波特率默认：115200 Bit/s，打开串口1异步收发中断
6、GPIO配置
NRF24L01引脚：IRQ设置为上拉输入，CSN和CE都设置为推挽输出；
我使用的板子LED引脚为PC13，初始电平为高电平，目的是通过观察小灯的亮灭判断是否通信成功；按键设置为PA0，外部中断下降沿触发
7、中断优先级配置
因为需要实时发送数据，所以串口通信的优先级要高于按键优先级
8、配置时钟
F1系列芯片系统时钟为72MHzs
9、项目创建最后步骤
- 设置项目名称
- 选择所用IDE
10、输出文件
- ①处：复制所用文件的.c和.h
- ②处：每个功能生产独立的.c和.h文件
11、创建工程文件
点击GENERATE CODE 创建工程12、设置Use MicroLIB
Use MicroLIB是KEIL自带的一个简易的库,例如你用printf函数的时候,就会从串口1 输出字符串，直接默认定向到串口1，因为代码后续要用到printf，所以这里需要选上
13、配置下载工具
这里我们需要勾选上下载后直接运行，然后进行一次编译
14、NRF24L01.h文件
在Core/inc文件中添加NRF24L01.h文件
#ifndef __NRF24L01_H #define __NRF24L01_H //NRF24L01 驱动函数 /****************************************************************************************************/ //NRF24L01寄存器操作命令 #define SPI_READ_REG 0x00 //读配置寄存器,低5位为寄存器地址 #define SPI_WRITE_REG 0x20 //写配置寄存器,低5位为寄存器地址 #define RD_RX_PLOAD 0x61 //读RX有效数据,1~32字节 #define WR_TX_PLOAD 0xA0 //写TX有效数据,1~32字节 #define FLUSH_TX 0xE1 //清除TX FIFO寄存器.发射模式下用 #define FLUSH_RX 0xE2 //清除RX FIFO寄存器.接收模式下用 #define REUSE_TX_PL 0xE3 //重新使用上一包数据,CE为高,数据包被不断发送. #define NOP 0xFF //空操作,可以用来读状态寄存器 //SPI(NRF24L01)寄存器地址 #define CONFIG 0x00 //配置寄存器地址;bit0:1接收模式,0发射模式;bit1:电选择;bit2:CRC模式;bit3:CRC使能; //bit4:中断MAX_RT(达到最大重发次数中断)使能;bit5:中断TX_DS使能;bit6:中断RX_DR使能 #define EN_AA 0x01 //使能自动应答功能 bit0~5,对应通道0~5 #define EN_RXADDR 0x02 //接收地址允许,bit0~5,对应通道0~5 #define SETUP_AW 0x03 //设置地址宽度(所有数据通道):bit1,0:00,3字节;01,4字节;02,5字节; #define SETUP_RETR 0x04 //建立自动重发;bit3:0,自动重发计数器;bit7:4,自动重发延时 250*x+86us #define RF_CH 0x05 //RF通道,bit6:0,工作通道频率; #define RF_SETUP 0x06 //RF寄存器;bit3:传输速率(0:1Mbps,1:2Mbps);bit2:1,发射功率;bit0:低噪声放大器增益 #define STATUS 0x07 //状态寄存器;bit0:TX FIFO满标志;bit3:1,接收数据通道号(最大:6);bit4,达到最多次重发 //bit5:数据发送完成中断;bit6:接收数据中断; #define MAX_TX 0x10 //达到最大发送次数中断 #define TX_OK 0x20 //TX发送完成中断 #define RX_OK 0x40 //接收到数据中断 #define OBSERVE_TX 0x08 //发送检测寄存器,bit7:4,数据包丢失计数器;bit3:0,重发计数器 #define CD 0x09 //载波检测寄存器,bit0,载波检测; #define RX_ADDR_P0 0x0A //数据通道0接收地址,最大长度5个字节,低字节在前 #define RX_ADDR_P1 0x0B //数据通道1接收地址,最大长度5个字节,低字节在前 #define RX_ADDR_P2 0x0C //数据通道2接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等; #define RX_ADDR_P3 0x0D //数据通道3接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等; #define RX_ADDR_P4 0x0E //数据通道4接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等; #define RX_ADDR_P5 0x0F //数据通道5接收地址,最低字节可设置,高字节,必须同RX_ADDR_P1[39:8]相等; #define TX_ADDR 0x10 //发送地址(低字节在前),ShockBurstTM模式下,RX_ADDR_P0与此地址相等 #define RX_PW_P0 0x11 //接收数据通道0有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法 #define RX_PW_P1 0x12 //接收数据通道1有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法 #define RX_PW_P2 0x13 //接收数据通道2有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法 #define RX_PW_P3 0x14 //接收数据通道3有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法 #define RX_PW_P4 0x15 //接收数据通道4有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法 #define RX_PW_P5 0x16 //接收数据通道5有效数据宽度(1~32字节),设置为0则非法 #define FIFO_STATUS 0x17 //FIFO状态寄存器;bit0,RX FIFO寄存器空标志;bit1,RX FIFO满标志;bit2,3,保留 //bit4,TX FIFO空标志;bit5,TX FIFO满标志;bit6,1,循环发送上一数据包.0,不循环; /**********************************************************************************************************/ //NRF24L01控制操作 /* #define NRF24L01_CE GPIO_Pin_7 #define GPIO_NRF24L01_CE GPIOE #define RCC_NRF24L01_CE RCC_AHB1Periph_GPIOE //NRF24L01 SPI接口CS信号 #define NRF24L01_CSN GPIO_Pin_8 #define GPIO_NRF24L01_CSN GPIOE #define RCC_NRF24L01_CSN RCC_AHB1Periph_GPIOE #define NRF24L01_IRQ GPIO_Pin_9 #define GPIO_NRF24L01_IRQ GPIOE #define RCC_NRF24L01_IRQ RCC_AHB1Periph_GPIOE */ //NRF2401片选信号 #define Clr_NRF24L01_CE HAL_GPIO_WritePin(CE_24L01_GPIO_Port, CE_24L01_Pin, GPIO_PIN_RESET) #define Set_NRF24L01_CE HAL_GPIO_WritePin(CE_24L01_GPIO_Port, CE_24L01_Pin, GPIO_PIN_SET) //SPI片选信号 #define Clr_NRF24L01_CSN HAL_GPIO_WritePin(CSN_24L01_GPIO_Port, CSN_24L01_Pin, GPIO_PIN_RESET) #define Set_NRF24L01_CSN HAL_GPIO_WritePin(CSN_24L01_GPIO_Port, CSN_24L01_Pin, GPIO_PIN_SET) //NRF2401_IRQ数据输入 #define READ_NRF24L01_IRQ HAL_GPIO_ReadPin(IRQ_24L01_GPIO_Port, IRQ_24L01_Pin) //NRF24L01发送接收数据宽度定义 #define TX_ADR_WIDTH 5 //5字节的地址宽度 #define RX_ADR_WIDTH 5 //5字节的地址宽度 #define TX_PLOAD_WIDTH 32 //32字节的用户数据宽度 #define RX_PLOAD_WIDTH 32 //32字节的用户数据宽度 #define MAX_TIME_INTO_IDEL 10 //进入IDEL模式，最大时间，单位：S extern unsigned char idel_mode_flag; extern unsigned char mode_time_counter; void NRF24L01_Init(void); //NRF24l01初始化 void RX_Mode(void); //配置为接收模式 void TX_Mode(void); //配置为发送模式 unsigned char NRF24L01_Write_Buf(unsigned char regaddr, unsigned char *pBuf, unsigned char datalen); //写数据区 unsigned char NRF24L01_Read_Buf(unsigned char regaddr, unsigned char *pBuf, unsigned char datalen); //读数据区 unsigned char NRF24L01_Read_Reg(unsigned char regaddr); //读寄存器 unsigned char NRF24L01_Write_Reg(unsigned char regaddr, unsigned char data); //写寄存器 unsigned char NRF24L01_Check(void); //检查NRF24L01是否在位 unsigned char NRF24L01_TxPacket(unsigned char *txbuf); //发送一个包的数据 unsigned char NRF24L01_RxPacket(unsigned char *rxbuf); //接收一个包的数据 #endif- 1
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15、NRF24L01.c文件
在Core/src文件中添加NRF24L01.c文件
#include "NRF24L01.h" #include "main.h" #include "spi.h" #include "stdio.h" //NRF24L01 驱动函数 unsigned char idel_mode_flag = 0; unsigned char mode_time_counter = 0; const unsigned char INIT_ADDR0[5]= {0x02,0x3A,0xB1,0xB1,0x01}; const unsigned char INIT_ADDR1[5]= {0x02,0x3A,0x01,0x01,0x01}; const unsigned char INIT_ADDR2[5]= {0x03,0x3A,0x01,0x01,0x01}; const unsigned char INIT_ADDR3[5]= {0x04,0x3A,0x01,0x01,0x01}; const unsigned char INIT_ADDR4[5]= {0x05,0x3A,0x01,0x01,0x01}; const unsigned char INIT_ADDR5[5]= {0x06,0x3A,0x01,0x01,0x01}; #define CH_Num 120 #define debug_out(fmt,args...) printf(fmt,##args) //#define debug_out(fmt,args...) void delay_us(uint32_t n) { unsigned char i; while(n--) { i = 8; while(i--); } } //初始化24L01的IO口 void NRF24L01_Init(void) { //spi init //gpio init Clr_NRF24L01_CE; // chip enable Set_NRF24L01_CSN; // Spi disable delay_us(100); } //封装spi读写函数 unsigned char nRF24_SPI_Send_Byte(unsigned char txdata) { unsigned char rxdata; HAL_SPI_TransmitReceive(&hspi2, &txdata, &rxdata, 1, 0x10); return(rxdata); // return read unsigned char } //通过SPI写寄存器 unsigned char NRF24L01_Write_Reg(unsigned char regaddr,unsigned char data) { unsigned char status; Clr_NRF24L01_CSN; //使能SPI传输 status =nRF24_SPI_Send_Byte(regaddr); //发送寄存器号 nRF24_SPI_Send_Byte(data); //写入寄存器的值 Set_NRF24L01_CSN; //禁止SPI传输 return(status); //返回状态值 } //读取SPI寄存器值 ，regaddr:要读的寄存器 unsigned char NRF24L01_Read_Reg(unsigned char regaddr) { unsigned char reg_val; Clr_NRF24L01_CSN; //使能SPI传输 nRF24_SPI_Send_Byte(regaddr); //发送寄存器号 reg_val=nRF24_SPI_Send_Byte(0XFF);//读取寄存器内容 Set_NRF24L01_CSN; //禁止SPI传输 return(reg_val); //返回状态值 } //在指定位置读出指定长度的数据 //*pBuf:数据指针 //返回值,此次读到的状态寄存器值 unsigned char NRF24L01_Read_Buf(unsigned char regaddr,unsigned char *pBuf,unsigned char datalen) { unsigned char status,u8_ctr; Clr_NRF24L01_CSN; //使能SPI传输 status=nRF24_SPI_Send_Byte(regaddr); //发送寄存器值(位置),并读取状态值 //for(u8_ctr=0;u8_ctr- 1
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16、添加NRF24L01.c文件
双击下方，添加.c文件
17、点击编译
编译完成后NRF24L01.c文件前会出现"＋"号，点击查看NRF24L01.h文件是否导入
18、保存文件重启Keil
这里重启Keil的原因是因为在CubeMX里添加其他c文件时，如果再修改CubeMX内的参数重新生成代码时，该.c文件会被吞噬掉，保存重启后修改CubeMX内的参数就不会被吞噬。
4. STM32源代码
4. 1 发送端
（1）在usart.c函数下面的USER CODE BEGIN 1（90行处）处添加下列代码：
这里的代码主要是让printf可以在主函数中正常使用。#include#include int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0x10); return ch; } unsigned char printf_temp[64]; void Uart1_printf(const char *format,...) { unsigned short len; va_list args; va_start(args, format); len = vsnprintf((char*)printf_temp, sizeof(printf_temp)+1, (char*)format,args); va_end(args); HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, printf_temp, len); } - 1
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（2）在main.c函数添加下列代码：
这里是通信通道转换的标志位，1是通道50，0是通道120（默认通道120）/* USER CODE BEGIN PV */ unsigned char flag_nrf24l01 = 0; /* USER CODE END PV */- 1
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定义通信时发送和接收的数据信息
/* USER CODE BEGIN 0 */ unsigned char tmp_buf[32] = {0}; unsigned char tmp_buf2[32] = {0}; unsigned char temp; /* USER CODE END 0 */- 1
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NRF24L01初始化，并上电检测NRF24L01是否在位，然后设置为发送模式
/* USER CODE BEGIN 2 */ NRF24L01_Init(); printf("\r\ninit OK!\r\n"); temp = 4; while(NRF24L01_Check()&&(temp--)); TX_Mode(); //发送模式 /* USER CODE END 2 */- 1
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【while循环内加入】
按下PA0，转换通信通道。在主循环中每隔1s发送一帧数据。每1s，tmp_buf[0]计数标志加1以查看数据变化；每次收到ack回复，则tmp_buf[1]加1。/* USER CODE BEGIN 3 */ if(flag_nrf24l01 == 1)//按下KEY { Clr_NRF24L01_CE; //拉低CE引脚 NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,50);//修改为从机1的频道 Set_NRF24L01_CE; //拉高CE引脚 HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET); } if(flag_nrf24l01 == 0)//按下KEY { Clr_NRF24L01_CE; //拉低CE引脚 NRF24L01_Write_Reg(SPI_WRITE_REG+RF_CH,120);//修改为从机2的频道 Set_NRF24L01_CE; //拉高CE引脚 HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET); } HAL_Delay(1000); tmp_buf[1]++; if(NRF24L01_TxPacket(tmp_buf) == 0x20) { printf("send data OK!\r\n"); tmp_buf[0]++; } else { printf("send error!\r\n"); }- 1
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（3）在gpio.c函数添加下列代码：
这里主要是外部中断的设置并加入了软件消抖。
注：CubeMX生成的代码外部中断中不能加HAL_Delay函数，会涉及优先级问题/* USER CODE BEGIN 1 */ extern unsigned char flag_nrf24l01; /* USER CODE END 1 */- 1
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/* USER CODE BEGIN 2 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { if(GPIO_Pin==KEY_Pin) if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port,KEY_Pin)==0) { if(flag_nrf24l01==0) flag_nrf24l01 = 1; else flag_nrf24l01 = 0; } } /* USER CODE END 2 */- 1
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4. 2 接收端
（1）在usart.c函数下面的USER CODE BEGIN 1（90行处）处添加下列代码：
这里的代码主要是让printf可以在主函数中正常使用。#include#include int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0x10); return ch; } unsigned char printf_temp[64]; void Uart1_printf(const char *format,...) { unsigned short len; va_list args; va_start(args, format); len = vsnprintf((char*)printf_temp, sizeof(printf_temp)+1, (char*)format,args); va_end(args); HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, printf_temp, len); } - 1
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（2）在main.c函数添加下列代码：
这里是通信通道转换的标志位，1是通道50，0是通道120（默认通道120）/* USER CODE BEGIN PV */ unsigned char flag_nrf24l01 = 0; /* USER CODE END PV */- 1
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定义通信时发送和接收的数据信息
/* USER CODE BEGIN 0 */ unsigned char tmp_buf[32] = {0}; unsigned char tmp_buf2[32] = {0}; unsigned char temp; /* USER CODE END 0 */- 1
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NRF24L01初始化，并上电检测NRF24L01是否在位，然后设置为发送模式
/* USER CODE BEGIN 2 */ NRF24L01_Init(); printf("\r\ninit OK!\r\n"); temp = 4; while(NRF24L01_Check()&&(temp--)); RX_Mode(); //接收模式 /* USER CODE END 2 */- 1
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【while循环内加入】
不断查询是否接收到数据，如果接收到，则打印接收到的数据，同时LED灯亮起：/* USER CODE BEGIN 3 */ if(NRF24L01_RxPacket(tmp_buf) == 0) { unsigned char i; for(i=0;i<32;i++) { printf(" %x",tmp_buf[i]); HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET); } printf("\r\n"); }- 1
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（3）在gpio.c函数添加下列代码：
这里主要是外部中断的设置并加入了软件消抖。
注：CubeMX生成的代码外部中断中不能加HAL_Delay函数，会涉及优先级问题/* USER CODE BEGIN 1 */ extern unsigned char flag_nrf24l01; /* USER CODE END 1 */- 1
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/* USER CODE BEGIN 2 */ void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin) { if(GPIO_Pin==KEY_Pin) if(HAL_GPIO_ReadPin(KEY_GPIO_Port,KEY_Pin)==0) { if(flag_nrf24l01==0) flag_nrf24l01 = 1; else flag_nrf24l01 = 0; } } /* USER CODE END 2 */- 1
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4. 3 修改从机频道实现1对多通信
在这里修改从机的频道，从而对不同频道的从机进行控制。
5. 结果展示
5. 1 上位机数据
5. 2 从机
通过按PA0转换通道，实现交替控制从机1，从机2，通过LED灯的亮灭验证是否通信成功。
6、下载
（1）程序下载地址：https://pan.baidu.com/s/1rRKbPSop4r_r77Q9hhXH_A
提取码：1234（2）串口助手下载地址：https://pan.baidu.com/s/11xBkoLBMVcIv7QNALpOeeg
提取码：yzx3
7、总结
以上就是NRF24L01模块实现“1对1“及“1对多“无线通信的HAL库配置与keil编程，若文章中出现错误或者小伙伴对以上内容有所疑问，欢迎大家在评论区留言，小政看到后会尽快回复大家！我们下期再见！
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- 原文地址：https://blog.csdn.net/weixin_44270218/article/details/128042919
