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STM32如何高效接收串口数据？

8号线攻城狮
8号线攻城狮
11月前浏览201

目录

  • USART3_DR的地址

  • DMA的通道

  • DMA的中断

  • USART接收回调函数

  • 头文件源码

  • DMA的基本配置

  • 环形队列接收数据

  • 函数原型

  • 参考用例

  • 总结

硬件：stm32f103cbt6
软件：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0

DMA，直接内存存取，可以用它的双手释放CPU的灵魂，所以，本文通过USART3进行串口收发，接受使用DMA的方式，无需CPU进行干预，当接受完成之后，数据可以直接从内存的缓冲区读取，从而减少了CPU的压力。

具体的代码实现如下：

  • usart_driver.h  封装了接口，数据接收回调函数类型，基本数据结构等；
  • usart_driver.c  函数原型实现，中断服务函数实现等；

拷贝这两个文件即可，可以根据目录下的参考用例，进行初始化。

头文件usart_driver.h已经声明了外部函数可能用到的接口；

USART3_DR的地址

因为USART3接收到数据会存在DR寄存器中，而DMA控制器则负责将该寄存器中的内容一一搬运到内存的缓冲区中（比如你定义的某个数组中），所以这里需要告诉DMA控制去哪里搬运，因此需要设置USART3_DR的总线地址。

USART3的基址如下图所示；

 

DR寄存器的偏移地址如下图所示；

 

所以最终地址为：0x40004800 + 0x004#define USART_DR_Base 0x40004804

DMA的通道

因为有很多外设都可以使用DMA，比如ADC，I2C，SPI等等，所以，不同的外设就要选择属于自己的DMA通道，查找参考手册；

 

因此USART3_RX在这里会使用DMA1的通道3，这都是硬件上已经预先分配好的，我们需要遵循这个规则。所以在代码中我们做出相应的定义；如下所示；

#define USART_Rx_DMA_Channel    DMA1_Channel3

DMA的中断

DMA支持三种中断：传输过半，传输完成，传输出错；

 

因此在使用是相当安全也相当灵活，而本文只是用了传输完成中断；如下定义了，传输完成中断的标志位，DMA1_FLAG_TC3也就对应了图中的TCIF；

#define USART_Rx_DMA_FLAG       DMA1_FLAG_TC3

USART接收回调函数

在STM32的HAL中封装了大量外设的回调函数，使用起来十分方便，但是标准库中则没有这样的做法，但是这里我们可以自己实现，rx_cbk就是回调，即串口数据接收完成就会执行已经注册的回调函数；

typedefvoid(*rx_cbk)(void* args);

通过使用接口usart_set_rx_cbk进行回调函数的注册，pargs为将传递的参数指针；

voidusart_set_rx_cbk(uart_mod_t *pmod, rx_cbk pfunc,void *pargs);

头文件源码

#ifndef USART_DRIVER_H
#define USART_DRIVER_H
#include<stdio.h>
#include<stdint.h>
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
#define USE_MICROLIB_USART 1
#if USE_MICROLIB_USART
#ifdef __GNUC__
/* With GCC/RAISONANCE, small printf (option LD Linker->Libraries->Small printf
   set to 'Yes') calls __io_putchar() */
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch)
#else
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f)
//#define GETCHAR_PROTOTYPE int fgetc(FILE *f)
#endif/* __GNUC__ */
extern PUTCHAR_PROTOTYPE;
#else
#endif
//default 8N1
#define COM_PORT USART3
#define TX_PIN  GPIO_Pin_10
#define RX_PIN  GPIO_Pin_11
#define BAUDRATE 115200
#define IRQ_UART_PRE 3
#define IRQ_UART_SUB 3
#define USART_Rx_DMA_Channel    DMA1_Channel3
#define USART_Rx_DMA_FLAG       DMA1_FLAG_TC3
#define USART_DR_Base           0x40004804
#define USART_BUF_SIZE   ((uint16_t)16)
typedefvoid(*rx_cbk)(void* args);
structuart_mod {
uint8_t rx_buf[USART_BUF_SIZE];
uint8_t rx_dat_len;
uint8_t head;
uint8_t tail; 
void (*init)(void);
void *pargs;
 rx_cbk pfunc_rx_cbk;
};
typedefstructuart_moduart_mod_t;
externuart_mod_t user_uart_mod;
voidusart_init(void);
voidusart_set_rx_cbk(uart_mod_t *pmod, rx_cbk pfunc,void *pargs);
voidusart_send_char(char ch);
voidusart_test_echo(void);
uint8_tusart_recv_char(void);
intusart_printf(constchar *fmt, ...);
//extern GETCHAR_PROTOTYPE;
#endif

DMA的基本配置

串口接收DMA的配置在函数dma_init中；

staticvoiddma_init(void)

已经定义了数据缓冲区，如下：

uint8_t RxBuffer[USART_BUF_SIZE] = { 0 };

因此需要在DMA的配置中设置USART_DR的地址，和数据缓冲区的地址，以及两者的大小；还有就是数据流向；

  • 寄存器流向内存；
  • 内存流向寄存器；这个需要搞清楚；相关配置如下所示；
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USART_DR_Base;
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)RxBuffer;  
 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = USART_BUF_SIZE;
 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

注意：DMA_DIR_PeripheralSRC表示，外设作为源地址，数据是从外设寄存器流向内存，即DMA会把数据从地址USART_DR_Base搬运到RxBuffer去。如果这个地方搞错，会导致RxBuffer始终没有你想要的数据。

环形队列接收数据

线性缓冲区会因为缓冲器接收数据已满导致无法继续接收的问题；而环形队列进行接收的话，会自动进行覆盖，这样一来，在读取数据的时候，也要配置一个环形队列进行数据处理，下面的配置是把DMA配置为循环模式；

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;

在结构体user_uart_mod中，则用两个变量分别指向队首head和队尾tail；具体数据的读取在函数USART3_IRQHandler中，会把数据从内存的RxBuffer读取到结构体user_uart_mod的成员变量rx_buf中；最终调用回调函数。

函数原型

usart_driver.c

#include<stdio.h>
#include<stdarg.h>
#include"stm32f10x_usart.h"
#include"usart_driver.h"
uint8_t RxBuffer[USART_BUF_SIZE] = { 0 };
uart_mod_t user_uart_mod = {
 .rx_dat_len = 0,
 .head = 0,
 .tail = 0,
 .pfunc_rx_cbk = NULL,
 .pargs = NULL
};
static USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
staticvoidrcc_init(void){
 RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
/* Enable GPIO clock */
 RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOB 
       | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
 RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
}
staticvoidgpio_init(void){
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
/* Configure USART Tx as alternate function push-pull */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = TX_PIN;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
/* Configure USART Rx as input floating */
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = RX_PIN;
  GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
staticvoiddma_init(void){
  DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
/* USARTy_Tx_DMA_Channel (triggered by USARTy Tx event) Config */
 DMA_DeInit(USART_Rx_DMA_Channel);
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = USART_DR_Base;
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)RxBuffer;
//DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;
 DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
 DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = USART_BUF_SIZE;
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
 DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
 DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
 DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;
 DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
 DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
 DMA_Init(USART_Rx_DMA_Channel, &DMA_InitStructure);
}
staticvoidirq_init(void){
 NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
/* Enable the USART3_IRQn Interrupt */
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = IRQ_UART_PRE;
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = IRQ_UART_SUB;
 NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
 NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
voidusart_send_char(char ch){
/* Loop until the end of transmission */
//while (USART_GetFlagStatus(COM_PORT, USART_FLAG_TC) == RESET){}
while((COM_PORT->SR & USART_FLAG_TC) != USART_FLAG_TC){
 } 
 USART_SendData(COM_PORT, (uint8_t) ch);
}
uint8_tusart_recv_char(){
/* Wait the byte is entirely received by USARTy */
//while(USART_GetFlagStatus(COM_PORT, USART_FLAG_RXNE) == RESET){}
while((COM_PORT->SR & USART_FLAG_RXNE) != USART_FLAG_RXNE){
 }
/* Store the received byte in the RxBuffer1 */
return (uint8_t)USART_ReceiveData(COM_PORT);
}
intusart_printf(constchar *fmt, ... )
{
uint8_t i = 0;
uint8_t usart_tx_buf[128] = { 0 };
    va_list ap;
    va_start(ap, fmt );
vsprintf((char*)usart_tx_buf, fmt, ap);
    va_end(ap);
while(usart_tx_buf[i] && i < 128){
  usart_send_char(usart_tx_buf[i]);   
  i++;
 } 
    usart_send_char('\0');
return0;
}
voidusart_test_echo(){
uint8_t tmp_dat = 0xff;
 tmp_dat = usart_recv_char();
 usart_send_char(tmp_dat);
}
voidusart_init(void){
 rcc_init ();
 gpio_init ();
 irq_init();
/* USARTx configured as follow:
  - BaudRate = 115200 baud  
  - Word Length = 8 Bits
  - One Stop Bit
  - No parity
  - Hardware flow control disabled (RTS and CTS signals)
  - Receive and transmit enabled
 */
 USART_InitStructure.USART_BaudRate = BAUDRATE;
 USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
 USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
 USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
 USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
 USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
/* USART configuration */
 USART_Init(COM_PORT, &USART_InitStructure);
 USART_ITConfig(COM_PORT, USART_IT_IDLE, ENABLE);
//USART_ITConfig(COM_PORT, USART_IT_RXNE, ENABLE);
/* Enable USART */
 USART_Cmd(COM_PORT, ENABLE);
 USART_DMACmd(COM_PORT,USART_DMAReq_Rx, ENABLE);
 dma_init();
 DMA_ITConfig(USART_Rx_DMA_Channel, DMA_IT_TC, ENABLE); 
 DMA_ITConfig(USART_Rx_DMA_Channel, DMA_IT_TE, ENABLE);
 DMA_Cmd(USART_Rx_DMA_Channel, ENABLE); 
}
voidusart_set_rx_cbk(uart_mod_t *pmod, rx_cbk pfunc,void *pargs){
 pmod->pargs = pargs;
 pmod->pfunc_rx_cbk = pfunc;
}
voidDMA1_Channel3_IRQHandler(void){
if(DMA_GetITStatus(USART_Rx_DMA_FLAG) == SET){        
        DMA_ClearITPendingBit(USART_Rx_DMA_FLAG);
    }
}
/**
  * @brief  This function handles USART3 global interrupt request.
  * @param  None
  * @retval None
  */
voidUSART3_IRQHandler(void)
{
uint8_t buf[USART_BUF_SIZE];
uint16_t rect_len = 0;
if(USART_GetITStatus(COM_PORT, USART_IT_IDLE) != RESET) 
 {
uint8_t i = 0;
  USART_ReceiveData(COM_PORT);
  user_uart_mod.head = USART_BUF_SIZE - DMA_GetCurrDataCounter(USART_Rx_DMA_Channel);  
//fifo is not full 
while(user_uart_mod.head%USART_BUF_SIZE != user_uart_mod.tail%USART_BUF_SIZE){   
   user_uart_mod.rx_buf[i++] = RxBuffer[user_uart_mod.tail++%USART_BUF_SIZE];
  }
  user_uart_mod.rx_dat_len = i;
//DMA_Cmd(USART_Rx_DMA_Channel, ENABLE);
if(user_uart_mod.pfunc_rx_cbk != NULL){
   user_uart_mod.pfunc_rx_cbk(user_uart_mod.pargs);
  }
 }
 USART_ClearITPendingBit(COM_PORT, USART_IT_IDLE);
//USART_ClearITPendingBit(COM_PORT, USART_IT_RXNE);
}
#if USE_MICROLIB_USART
/**
  * @brief  Retargets the C library printf function to the USART.
  * @param  None
  * @retval None
  */
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
/* Place your implementation of fputc here */
/* e.g. write a character to the USART */
 USART_SendData(COM_PORT, (uint8_t) ch);
/* Loop until the end of transmission */
while (USART_GetFlagStatus(COM_PORT, USART_FLAG_TC) == RESET)
 {}
return ch;
}
#else
#pragma import(__use_no_semihosting)                          
struct __FILE
{
int handle; 
}; 
FILE __stdout;       
int _sys_exit(int x)
{ 
 x = x; 
return0;
} 
intfputc(int ch, FILE *f)
{      
/* Place your implementation of fputc here */
/* e.g. write a character to the USART */
 USART_SendData(COM_PORT, (uint8_t) ch);
/* Loop until the end of transmission */
while (USART_GetFlagStatus(COM_PORT, USART_FLAG_TC) == RESET)
 {}
return ch;
}
#endif

参考用例

这里需要调用usart_init，并设置回调函数，如果不设置，则不会执行回调。

voidmotor_get_cmd_from_uart(void *pargs){
if(pargs == NULL){
return;
 } 
uart_mod_t *p = pargs;
if(p->rx_dat_len > 0 && p->rx_dat_len == PACKAGE_SIZE){
if(p->rx_buf[0] == PACKAGE_HEAD 
  && p->rx_buf[PACKAGE_SIZE - 1] == PACKAGE_TAIL){
   user_cmd_mod.head = p->rx_buf[0];
   user_cmd_mod.cmd.value_n[0] = p->rx_buf[1];
   user_cmd_mod.cmd.value_n[1] = p->rx_buf[2];
   user_cmd_mod.option = p->rx_buf[3];
   user_cmd_mod.data.value_n[0] = p->rx_buf[4];
   user_cmd_mod.data.value_n[1] = p->rx_buf[5];
   user_cmd_mod.data.value_n[2] = p->rx_buf[6];
   user_cmd_mod.data.value_n[3] = p->rx_buf[7];
   user_cmd_mod.tail = p->rx_buf[PACKAGE_SIZE - 1];
   user_cmd_mod.process_flag = 1;
  }  
 }
 p->rx_dat_len = 0; 
}
intmain(void){
 usart_init();
 usart_set_rx_cbk(&user_uart_mod, motor_get_cmd_from_uart,&user_uart_mod);
}

总结

本文简单介绍了基于STM32基于DMA，利用串口空闲中断进行串口数据接收的具体配置和实现方法，代码基于标准库3.5版本；
因为标准库ST目前已经不再更新，并且ST提供了cubemx工具可以进行基于HAL库和LL库的外设快速配置，从而简化大量工作；当然为了不掉头发感觉撸寄存器也不错，最终适合自己的才是最好的。

—— The End ——
来源：8号线攻城狮
电路电子芯片控制
著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-06-14
最近编辑：11月前
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