避坑指南)
1. 從“輪詢”到“DMA”為什么串口通信需要解放CPU如果你用過STM32的串口大概率是從HAL庫的HAL_UART_Transmit和HAL_UART_Receive這兩個函數(shù)開始的。它們簡單直接一個循環(huán)把數(shù)據(jù)一個個字節(jié)地塞進數(shù)據(jù)寄存器或者從寄存器里一個個讀出來。在調(diào)試初期或者數(shù)據(jù)量不大的時候這完全沒問題。但當(dāng)你需要連續(xù)發(fā)送一長串?dāng)?shù)據(jù)比如通過串口發(fā)送一張圖片的像素信息或者以115200的波特率持續(xù)接收來自傳感器的數(shù)據(jù)流時問題就來了。CPU會像個盡職但低效的郵差被死死地綁在“搬數(shù)據(jù)”這件重復(fù)勞動上。它要不斷地檢查狀態(tài)寄存器“上一個字節(jié)發(fā)完了嗎發(fā)完了好我塞下一個。” 或者“有數(shù)據(jù)來了嗎來了好我讀出來?！?這個過程我們稱之為“輪詢”或“阻塞式”通信。在此期間CPU幾乎無法分身去做其他更有價值的工作比如處理算法、響應(yīng)按鍵、更新顯示等。系統(tǒng)的實時性和效率大打折扣。DMADirect Memory Access直接存儲器訪問就是為了解決這個問題而生的。你可以把它想象成一個獨立的、專業(yè)的“數(shù)據(jù)搬運工”。你只需要告訴DMA三件事數(shù)據(jù)從哪里來源地址、要搬到哪里去目標(biāo)地址、要搬多少數(shù)據(jù)量。然后你啟動它它就會在后臺悄無聲息地完成所有搬運工作完全不需要CPU介入。對于串口發(fā)送DMA負(fù)責(zé)把內(nèi)存里的一塊數(shù)據(jù)自動搬運到串口的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器TDR對于接收則是把接收寄存器RDR里的數(shù)據(jù)自動搬運到內(nèi)存中你指定的位置。那么使用DMA模式到底能帶來什么好處最核心的好處是解放CPU。在DMA搬運數(shù)據(jù)的整個過程中CPU是被釋放的它可以去執(zhí)行其他任務(wù)代碼。只有當(dāng)DMA完成了一次完整的傳輸比如發(fā)完了100個字節(jié)它才會通過一個中斷來通知CPU“老板活兒干完了?！?此時CPU再來處理后續(xù)事宜比如準(zhǔn)備下一批數(shù)據(jù)或者解析剛剛接收到的完整數(shù)據(jù)包。這種“異步”的工作方式極大地提高了系統(tǒng)的整體吞吐量和響應(yīng)能力。其次降低了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。在高速數(shù)據(jù)流接收場景下使用輪詢方式很容易因為CPU忙于其他任務(wù)而錯過數(shù)據(jù)寄存器中新的字節(jié)導(dǎo)致數(shù)據(jù)被覆蓋而丟失。DMA的硬件觸發(fā)機制響應(yīng)速度極快幾乎在數(shù)據(jù)到達寄存器的瞬間就會被搬走可靠性高得多。最后它簡化了編程模型。你不再需要編寫繁瑣的、可能產(chǎn)生阻塞的輪詢代碼而是設(shè)置好DMA然后基于“傳輸完成中斷”來構(gòu)建你的應(yīng)用邏輯代碼結(jié)構(gòu)更清晰更易于維護。在STM32的生態(tài)里ST提供的STM32CubeMX工具和HAL庫讓DMA的配置變得前所未有的簡單。它通過圖形化界面幫你完成了底層寄存器配置的絕大部分工作你只需要關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯。接下來我們就手把手地從CubeMX的工程創(chuàng)建開始完成一個完整的串口DMA發(fā)送與接收配置。2. CubeMX工程創(chuàng)建與基礎(chǔ)外設(shè)配置我們以常見的STM32F103C8T6BluePill核心板為例目標(biāo)是配置USART1使用DMA進行發(fā)送和接收。其他系列型號的操作邏輯基本一致。2.1 新建工程與芯片選擇打開STM32CubeMX點擊“New Project”。在芯片選擇器中輸入“STM32F103C8”在結(jié)果列表中選擇“STM32F103C8Tx”。注意型號后綴的“Tx”代表LQFP48封裝這是BluePill板常用的封裝。雙擊芯片圖片或點擊“Start Project”進入配置界面。2.2 系統(tǒng)核心SYS與時鐘RCC配置在左側(cè)分類視圖的“System Core”中先配置SYS。Debug: 根據(jù)你的調(diào)試器選擇。如果你使用ST-LINK進行SWD調(diào)試這里選擇“Serial Wire”。這會影響PA13(SWDIO)和PA14(SWCLK)兩個引腳的功能。如果選擇不當(dāng)可能導(dǎo)致后續(xù)無法下載或調(diào)試程序。然后配置RCC復(fù)位與時鐘控制。High Speed Clock (HSE): 選擇“Crystal/Ceramic Resonator”。BluePill板外部通常有一個8MHz的晶振。這一步是為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的外部時鐘源是保證串口波特率精確的基礎(chǔ)。2.3 串口USART1引腳與參數(shù)配置在左側(cè)分類視圖的“Connectivity”中找到USART1。模式選擇: 點擊USART1在右側(cè)的“Mode”中選擇“Asynchronous”異步通信模式。這會使能USART1功能并自動占用PA9TX和PA10RX引腳。你可以在下方的芯片引腳圖上看到這兩個引腳變成了綠色。參數(shù)配置: 在下方出現(xiàn)的“Configuration”選項卡中點擊“Parameter Settings”。Baud Rate: 設(shè)置為115200這是一個非常通用的波特率。Word Length: 8 Bits一個字節(jié)。Parity: None無校驗位。Stop Bits: 11個停止位。Over Sampling: 16 Samples默認(rèn)抗干擾能力較好。其他參數(shù)保持默認(rèn)即可。至此一個最基礎(chǔ)的串口功能就配置好了。但這只是“輪詢模式”的配置。接下來才是DMA配置的核心。3. DMA通道的添加與關(guān)鍵參數(shù)詳解DMA配置是本文的核心也是容易出錯的地方。STM32的DMA資源是以“流”StreamF1/F4系列或“通道”ChannelF0/F1/F3等系列來管理的。對于STM32F103我們使用的是DMA的“通道”。3.1 添加DMA發(fā)送請求在左側(cè)分類視圖的“Connectivity”中再次點擊USART1。在右側(cè)“DMA Settings”選項卡中點擊“Add”。在彈出的“DMA Request”選擇框中你會看到USART1_TX和USART1_RX。我們先添加發(fā)送請求。選擇USART1_TX然后點擊“OK”。這會為USART1的發(fā)送功能分配一個DMA通道。3.2 配置DMA發(fā)送通道參數(shù)添加成功后列表中會出現(xiàn)一行我們需要對其參數(shù)進行詳細(xì)配置。每一個參數(shù)的選擇都有其背后的硬件原理。Direction:Memory To Peripheral。這定義了數(shù)據(jù)流向從內(nèi)存我們定義的數(shù)組到外設(shè)USART1的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器。這是發(fā)送操作的正確方向。Priority:Medium。當(dāng)多個DMA通道同時請求時優(yōu)先級高的先被服務(wù)。對于單一串口發(fā)送Low或Medium均可。如果系統(tǒng)中有更緊急的數(shù)據(jù)搬運如ADC連續(xù)采樣可以將其設(shè)為High。Mode:Normal。這是最常用的模式。在Normal模式下DMA在傳輸完指定的數(shù)據(jù)量比如100個字節(jié)后就會自動停止并產(chǎn)生傳輸完成中斷。與之相對的是Circular循環(huán)模式在該模式下DMA傳輸完指定數(shù)據(jù)量后會自動重置計數(shù)器并重新開始傳輸形成一個循環(huán)緩沖區(qū)常用于需要持續(xù)不斷收發(fā)數(shù)據(jù)的場景如音頻流。初次使用強烈建議先從Normal模式開始理解。Increment Address: 這里有兩項。Memory必須勾選Enable。因為我們發(fā)送的數(shù)據(jù)通常存儲在內(nèi)存的一個連續(xù)數(shù)組中DMA每搬運完一個字節(jié)或半字、字內(nèi)存地址需要自動增加以指向下一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)。Peripheral必須保持Disable。因為外設(shè)USART1的TDR寄存器的地址是固定的我們始終是把數(shù)據(jù)搬到同一個寄存器里。Data Width: 這里也有兩項。Memory和Peripheral通常都選擇Byte8位。因為串口通信的基本單位是字節(jié)8位。這確保了DMA每次搬運的數(shù)據(jù)大小與串口數(shù)據(jù)寄存器的大小匹配。這是一個關(guān)鍵點如果這里配置為Half Word16位或Word32位而你的串口是8位數(shù)據(jù)那么DMA一次會搬運2個或4個字節(jié)到TDR寄存器這會導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯亂。除非你使用了串口的9位數(shù)據(jù)模式或硬件流控制否則保持Byte。3.3 添加并配置DMA接收請求重復(fù)“添加”步驟這次選擇USART1_RX。Direction:Peripheral To Memory。數(shù)據(jù)從外設(shè)USART1的RDR寄存器到內(nèi)存。Priority:Medium或High。接收的優(yōu)先級通常建議設(shè)置得比發(fā)送高因為接收不及時會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失而發(fā)送晚一點通?？梢越邮?。Mode: 對于接收Normal和Circular的選擇更具策略性。如果你接收的是固定長度的數(shù)據(jù)包比如每包20字節(jié)并且你需要在收完一包后立即處理那么用Normal模式在傳輸完成中斷里處理數(shù)據(jù)。如果你接收的是連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流如GPS模塊的NMEA語句那么Circular模式是更好的選擇。它會在內(nèi)存中創(chuàng)建一個環(huán)形緩沖區(qū)新數(shù)據(jù)會覆蓋舊數(shù)據(jù)你只需要定期去緩沖區(qū)里讀取有效數(shù)據(jù)即可避免了數(shù)據(jù)覆蓋丟失的風(fēng)險。本文后續(xù)以Normal模式為例進行代碼編寫。Increment Address:Memory:Enable。原因同發(fā)送我們需要把接收到的數(shù)據(jù)依次存放到數(shù)組的不同位置。Peripheral:Disable。原因同發(fā)送源地址RDR寄存器固定。Data Width: 同樣都設(shè)置為Byte。注意DMA通道沖突。STM32的DMA控制器通道資源是有限的且一個通道在同一時間只能服務(wù)于一個外設(shè)請求。CubeMX通常會智能地分配空閑通道。但如果你的項目復(fù)雜使用了多個外設(shè)的DMA如ADC、SPI、另一個串口等可能會遇到通道沖突。如果CubeMX報錯你需要手動調(diào)整確保每個外設(shè)請求使用的通道是唯一的。4. 中斷與NVIC配置讓CPU知道DMA干完活了配置好DMA的搬運工我們還需要告訴CPU什么時候該來“驗收”工作成果。這就是中斷的作用。4.1 使能DMA傳輸完成中斷在剛才的DMA Settings列表中每一行即每個DMA請求的右側(cè)都有一個“NVIC Settings”選項卡有時需要點擊通道行最右側(cè)的齒輪圖標(biāo)進入詳細(xì)設(shè)置。點擊它。對于USART1_TX通道找到并勾選Transfer Complete interrupt傳輸完成中斷。這樣當(dāng)DMA發(fā)送完所有指定數(shù)據(jù)后就會產(chǎn)生一個中斷。對于USART1_RX通道同樣勾選Transfer Complete interrupt。當(dāng)DMA接收滿指定數(shù)量的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷。為什么還需要串口自身的中斷在某些高級場景下你可能還需要串口本身的USART1 global interrupt。例如你想在DMA接收的同時還能處理串口的其他事件如幀錯誤、溢出錯誤等?；蛘吣阆胧褂谩翱臻e中斷”Idle Interrupt來檢測一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束當(dāng)串口總線空閑超過一個字符傳輸時間時觸發(fā)這在接收不定長數(shù)據(jù)時非常有用。但為了簡化初學(xué)模型本文暫不開啟串口全局中斷僅依賴DMA傳輸完成中斷。4.2 配置NVIC優(yōu)先級可選但重要在左側(cè)分類視圖的“System Core”中點擊NVIC。 在這里你可以看到所有已使能的中斷列表包括我們剛剛使能的DMA1 Channel4 global interrupt對應(yīng)USART1_TX和DMA1 Channel5 global interrupt對應(yīng)USART1_RX。Preemption Priority搶占優(yōu)先級數(shù)值越小優(yōu)先級越高。當(dāng)兩個中斷同時發(fā)生時優(yōu)先級高的先執(zhí)行并且可以打斷正在執(zhí)行的優(yōu)先級低的中斷。Sub Priority子優(yōu)先級當(dāng)兩個中斷的搶占優(yōu)先級相同時比較子優(yōu)先級數(shù)值小的先執(zhí)行但它們不能互相打斷。 對于簡單的應(yīng)用你可以不修改使用默認(rèn)優(yōu)先級。但在復(fù)雜的實時系統(tǒng)中合理設(shè)置中斷優(yōu)先級至關(guān)重要。例如確保接收DMA中斷的優(yōu)先級高于發(fā)送或者高于某些非緊急的定時器中斷。配置完成后你的DMA和中斷設(shè)置應(yīng)該大致如下圖所示具體通道號可能因型號而異USART1_TX - DMA1 Channel4, Direction: M2P, Priority: Medium, Mode: Normal, MemInc: Enable, ... USART1_RX - DMA1 Channel5, Direction: P2M, Priority: Medium, Mode: Normal, MemInc: Enable, ... NVIC: DMA1 Channel4/5 Interrupt Enabled.5. 生成代碼與HAL庫關(guān)鍵函數(shù)解析點擊CubeMX右上角的“GENERATE CODE”選擇你的IDE如Keil MDK-ARM、IAR或STM32CubeIDE并指定工程路徑。CubeMX會生成完整的初始化代碼。打開生成的主文件通常是main.c在/* USER CODE BEGIN PV */和/* USER CODE END PV */之間我們定義發(fā)送和接收緩沖區(qū)。/* Private variables ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PV */ uint8_t uart_tx_buffer[100]; // 發(fā)送緩沖區(qū) uint8_t uart_rx_buffer[50]; // 接收緩沖區(qū) /* USER CODE END PV */在main函數(shù)中系統(tǒng)初始化HAL_Init()、時鐘配置SystemClock_Config()和外設(shè)初始化MX_DMA_Init(),MX_USART1_UART_Init()的代碼都已由CubeMX生成并調(diào)用。初始化完成后進入主循環(huán)while (1)之前是啟動DMA接收的最佳時機。5.1 啟動DMA接收在/* USER CODE BEGIN 2 */區(qū)域添加以下代碼來啟動DMA接收/* USER CODE BEGIN 2 */ // 啟動串口DMA接收 // 參數(shù)串口句柄 接收緩沖區(qū)地址 接收數(shù)據(jù)長度 超時時間對于DMA接收此參數(shù)在非阻塞模式下通常無效可填最大值 if (HAL_UART_Receive_DMA(huart1, uart_rx_buffer, sizeof(uart_rx_buffer)) ! HAL_OK) { // 啟動失敗可以在這里添加錯誤處理比如點亮一個錯誤指示燈 Error_Handler(); } /* USER CODE END 2 */這行代碼是整個DMA接收邏輯的起點。它告訴DMA控制器請監(jiān)視USART1的接收寄存器一旦有數(shù)據(jù)到來就立刻將其搬運到uart_rx_buffer數(shù)組的開頭連續(xù)搬運sizeof(uart_rx_buffer)這里是50個字節(jié)。搬運完成后觸發(fā)DMA傳輸完成中斷。5.2 編寫DMA傳輸完成中斷回調(diào)函數(shù)HAL庫采用回調(diào)函數(shù)機制來處理中斷。我們不需要直接編寫中斷服務(wù)函數(shù)ISR而是重寫對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。當(dāng)DMA發(fā)送或接收完成時HAL庫會在其中斷服務(wù)函數(shù)里調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)。在main.c文件中找到/* USER CODE BEGIN 4 */區(qū)域這是我們放置用戶代碼的地方。添加以下兩個函數(shù)/* USER CODE BEGIN 4 */ // DMA發(fā)送完成中斷回調(diào)函數(shù) void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { // 判斷是哪個串口觸發(fā)的回調(diào) if (huart-Instance USART1) { // USART1的DMA發(fā)送完成 // 可以在這里置位一個標(biāo)志位通知主循環(huán)發(fā)送完成或者準(zhǔn)備下一次發(fā)送 // 例如tx_complete_flag 1; // 注意不要在回調(diào)函數(shù)內(nèi)進行長時間操作或調(diào)用可能阻塞的HAL_Delay() } } // DMA接收完成中斷回調(diào)函數(shù) void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart-Instance USART1) { // USART1的DMA接收完成收到了50個字節(jié) // 1. 處理接收到的數(shù)據(jù)uart_rx_buffer 中現(xiàn)在有50個新字節(jié) // process_received_data(uart_rx_buffer, 50); // 2. 非常重要重新啟動DMA接收以準(zhǔn)備接收下一批數(shù)據(jù)。 // 因為我們在CubeMX中配置的是Normal模式傳輸完成后DMA就停止了。 // 如果不重新啟動串口后續(xù)收到的數(shù)據(jù)將無法被DMA搬運可能導(dǎo)致溢出錯誤。 HAL_UART_Receive_DMA(huart1, uart_rx_buffer, sizeof(uart_rx_buffer)); } } /* USER CODE END 4 */關(guān)于HAL_UART_RxCpltCallback的特別說明 這是最容易忽略的一步。在Normal模式下DMA傳輸完成后就停止了。如果你只啟動一次接收那么DMA在收滿50個字節(jié)后就會永遠停止之后串口再來的數(shù)據(jù)將無處安放除非你開啟了溢出中斷并處理。因此必須在本次接收完成的回調(diào)函數(shù)中立即重新調(diào)用HAL_UART_Receive_DMA來啟動下一次接收從而形成一個“接收-處理-再準(zhǔn)備接收”的循環(huán)。這是DMA接收Normal模式下的標(biāo)準(zhǔn)用法。5.3 主循環(huán)中觸發(fā)DMA發(fā)送現(xiàn)在我們可以在主循環(huán)中模擬一個發(fā)送任務(wù)。例如當(dāng)按下某個按鍵如果連接了的話或者定時發(fā)送時啟動DMA發(fā)送。/* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ // 示例每秒通過DMA發(fā)送一次數(shù)據(jù) HAL_Delay(1000); // 準(zhǔn)備要發(fā)送的數(shù)據(jù) sprintf((char*)uart_tx_buffer, Hello DMA! Count: %lu\r\n, HAL_GetTick()); // 啟動DMA發(fā)送 // 參數(shù)串口句柄 發(fā)送數(shù)據(jù)地址 發(fā)送數(shù)據(jù)長度 超時時間DMA模式下通常無效 if (HAL_UART_Transmit_DMA(huart1, uart_tx_buffer, strlen((char*)uart_tx_buffer)) ! HAL_OK) { // 發(fā)送啟動失敗處理 } // 注意調(diào)用此函數(shù)后立即返回發(fā)送在后臺由DMA進行。 // 發(fā)送完成后會觸發(fā)HAL_UART_TxCpltCallback回調(diào)。 // 主循環(huán)可以繼續(xù)做其他事情比如閃爍LED而不被發(fā)送任務(wù)阻塞。 HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); } /* USER CODE END 3 */6. 進階話題與實戰(zhàn)避坑指南當(dāng)你成功跑通基礎(chǔ)的DMA收發(fā)后可能會遇到一些更復(fù)雜的需求和陷阱。下面分享幾個實戰(zhàn)中總結(jié)的經(jīng)驗。6.1 如何接收不定長數(shù)據(jù)DMA空閑中斷Idle Interrupt前面我們用的是Normal模式配合固定長度接收。但在實際應(yīng)用中比如接收一串以回車換行\(zhòng)r\n結(jié)尾的指令或者一個變長的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長度是不固定的。此時“DMA空閑中斷”是STM32 HAL庫推薦的優(yōu)雅方案。原理使能串口的空閑中斷Idle Interrupt。當(dāng)DMA在接收數(shù)據(jù)時如果串口總線空閑沒有新數(shù)據(jù)的時間超過一幀數(shù)據(jù)的傳輸時間硬件就會產(chǎn)生一個空閑中斷。在這個中斷里我們可以知道從上次處理完數(shù)據(jù)到現(xiàn)在DMA又搬了多少數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。配置步驟CubeMX配置在USART1的NVIC Settings中使能USART1 global interrupt。在代碼中我們需要手動使能空閑中斷。代碼修改在啟動DMA接收后使能空閑中斷。// 在啟動DMA接收后使能空閑中斷 __HAL_UART_ENABLE_IT(huart1, UART_IT_IDLE);重寫串口全局中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_IRQHandler會調(diào)用的UART_ExRxEventCallbackHAL庫較新版本或直接在USART1_IRQHandler的中斷服務(wù)函數(shù)中添加空閑中斷判斷老版本方法。這里以新版本回調(diào)為例// 在main.c的USER CODE BEGIN 4區(qū)域 void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart-Instance USART1) { // Size參數(shù)在空閑中斷觸發(fā)時表示自上次事件以來接收到的數(shù)據(jù)量 // 但更通用的做法是在空閑中斷標(biāo)志位判斷中計算 } }更通用的做法是在USART1_IRQHandler調(diào)用的HAL_UART_IRQHandler函數(shù)執(zhí)行后我們檢查空閑中斷標(biāo)志。// 在stm32f1xx_it.c的USART1_IRQHandler函數(shù)中添加用戶代碼 void USART1_IRQHandler(void) { /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */ // 檢查是否是空閑中斷 if(__HAL_UART_GET_FLAG(huart1, UART_FLAG_IDLE) ! RESET) { __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart1); // 清除空閑中斷標(biāo)志必須 // 計算本次收到了多少數(shù)據(jù) // DMA接收的數(shù)據(jù)量 設(shè)定的接收長度 - DMA寄存器中剩余未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 uint16_t received_size sizeof(uart_rx_buffer) - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx); if(received_size 0) { // 處理數(shù)據(jù)uart_rx_buffer[0] 到 uart_rx_buffer[received_size-1] process_data(uart_rx_buffer, received_size); // 重新啟動DMA接收指向緩沖區(qū)起始位置 HAL_UART_Receive_DMA(huart1, uart_rx_buffer, sizeof(uart_rx_buffer)); } } /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ HAL_UART_IRQHandler(huart1); /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ }關(guān)鍵點一定要清除空閑中斷標(biāo)志__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG否則會連續(xù)進入中斷。通過__HAL_DMA_GET_COUNTER可以獲取DMA通道中剩余未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量從而反推出已經(jīng)接收了多少數(shù)據(jù)。6.2 DMA發(fā)送的“坑”數(shù)據(jù)覆蓋與緩存一致性當(dāng)你調(diào)用HAL_UART_Transmit_DMA后函數(shù)會立即返回但DMA可能還在搬運數(shù)據(jù)。絕對不能在DMA發(fā)送完成前修改發(fā)送緩沖區(qū)uart_tx_buffer的內(nèi)容否則DMA可能會發(fā)送出被修改后的混亂數(shù)據(jù)。解決方案雙緩沖區(qū)Ping-Pong Buffer準(zhǔn)備兩個發(fā)送緩沖區(qū)A和B。當(dāng)DMA正在發(fā)送緩沖區(qū)A的數(shù)據(jù)時主循環(huán)可以準(zhǔn)備下一幀數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)B。在A發(fā)送完成的回調(diào)函數(shù)中切換并啟動B的發(fā)送同時主循環(huán)可以填充A。如此循環(huán)。使用發(fā)送完成標(biāo)志在HAL_UART_TxCpltCallback中設(shè)置一個標(biāo)志位tx_busy 0。主循環(huán)中只有檢測到tx_busy 0時才填充緩沖區(qū)并啟動下一次DMA發(fā)送同時設(shè)置tx_busy 1。6.3 調(diào)試技巧如何判斷DMA是否在工作查看寄存器在調(diào)試器中查看DMA通道的CNDTR寄存器Counter。這個值表示剩余待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。如果它在遞減說明DMA正在搬運數(shù)據(jù)。傳輸完成后它會變?yōu)?并可能自動重載循環(huán)模式或停止普通模式。使用斷點和標(biāo)志位在DMA發(fā)送/接收完成回調(diào)函數(shù)入口處設(shè)置斷點。如果程序能停在這里說明DMA傳輸完成中斷觸發(fā)了基本證明DMA工作正常。檢查硬件連接和波特率這是老生常談但最容易出錯的地方。務(wù)必確認(rèn)TX、RX線接對了且兩端設(shè)備STM32和PC串口工具的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位完全一致。簡化測試初次測試時先只測試發(fā)送或只測試接收。例如先注釋掉接收的啟動代碼只測試DMA發(fā)送用串口助手看是否能收到數(shù)據(jù)。成功后再測試接收可以用串口助手定時發(fā)送固定數(shù)量的字節(jié)看是否能進入接收完成回調(diào)。6.4 資源管理與錯誤處理HAL庫的DMA函數(shù)會返回HAL_StatusTypeDef。除了HAL_OK還可能返回HAL_BUSYDMA正忙、HAL_ERROR參數(shù)錯誤或DMA狀態(tài)錯誤等。在生產(chǎn)代碼中應(yīng)該檢查這些返回值并進行適當(dāng)?shù)腻e誤處理比如重試、記錄錯誤日志或系統(tǒng)復(fù)位。此外STM32的DMA資源有限。在復(fù)雜項目中需要像管理內(nèi)存一樣管理DMA通道。CubeMX的圖形化分配能解決大部分沖突但當(dāng)你手動修改代碼或移植工程時務(wù)必確認(rèn)沒有兩個外設(shè)試圖使用同一個DMA通道。 STM32串口DMA配置詳解：從原理到實戰(zhàn)避坑指南
1. 從“輪詢”到“DMA”為什么串口通信需要解放CPU如果你用過STM32的串口大概率是從HAL庫的HAL_UART_Transmit和HAL_UART_Receive這兩個函數(shù)開始的。它們簡單直接一個循環(huán)把數(shù)據(jù)一個個字節(jié)地塞進數(shù)據(jù)寄存器或者從寄存器里一個個讀出來。在調(diào)試初期或者數(shù)據(jù)量不大的時候這完全沒問題。但當(dāng)你需要連續(xù)發(fā)送一長串?dāng)?shù)據(jù)比如通過串口發(fā)送一張圖片的像素信息或者以115200的波特率持續(xù)接收來自傳感器的數(shù)據(jù)流時問題就來了。CPU會像個盡職但低效的郵差被死死地綁在“搬數(shù)據(jù)”這件重復(fù)勞動上。它要不斷地檢查狀態(tài)寄存器“上一個字節(jié)發(fā)完了嗎發(fā)完了好我塞下一個。” 或者“有數(shù)據(jù)來了嗎來了好我讀出來?！?這個過程我們稱之為“輪詢”或“阻塞式”通信。在此期間CPU幾乎無法分身去做其他更有價值的工作比如處理算法、響應(yīng)按鍵、更新顯示等。系統(tǒng)的實時性和效率大打折扣。DMADirect Memory Access直接存儲器訪問就是為了解決這個問題而生的。你可以把它想象成一個獨立的、專業(yè)的“數(shù)據(jù)搬運工”。你只需要告訴DMA三件事數(shù)據(jù)從哪里來源地址、要搬到哪里去目標(biāo)地址、要搬多少數(shù)據(jù)量。然后你啟動它它就會在后臺悄無聲息地完成所有搬運工作完全不需要CPU介入。對于串口發(fā)送DMA負(fù)責(zé)把內(nèi)存里的一塊數(shù)據(jù)自動搬運到串口的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器TDR對于接收則是把接收寄存器RDR里的數(shù)據(jù)自動搬運到內(nèi)存中你指定的位置。那么使用DMA模式到底能帶來什么好處最核心的好處是解放CPU。在DMA搬運數(shù)據(jù)的整個過程中CPU是被釋放的它可以去執(zhí)行其他任務(wù)代碼。只有當(dāng)DMA完成了一次完整的傳輸比如發(fā)完了100個字節(jié)它才會通過一個中斷來通知CPU“老板活兒干完了?！?此時CPU再來處理后續(xù)事宜比如準(zhǔn)備下一批數(shù)據(jù)或者解析剛剛接收到的完整數(shù)據(jù)包。這種“異步”的工作方式極大地提高了系統(tǒng)的整體吞吐量和響應(yīng)能力。其次降低了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險。在高速數(shù)據(jù)流接收場景下使用輪詢方式很容易因為CPU忙于其他任務(wù)而錯過數(shù)據(jù)寄存器中新的字節(jié)導(dǎo)致數(shù)據(jù)被覆蓋而丟失。DMA的硬件觸發(fā)機制響應(yīng)速度極快幾乎在數(shù)據(jù)到達寄存器的瞬間就會被搬走可靠性高得多。最后它簡化了編程模型。你不再需要編寫繁瑣的、可能產(chǎn)生阻塞的輪詢代碼而是設(shè)置好DMA然后基于“傳輸完成中斷”來構(gòu)建你的應(yīng)用邏輯代碼結(jié)構(gòu)更清晰更易于維護。在STM32的生態(tài)里ST提供的STM32CubeMX工具和HAL庫讓DMA的配置變得前所未有的簡單。它通過圖形化界面幫你完成了底層寄存器配置的絕大部分工作你只需要關(guān)注業(yè)務(wù)邏輯。接下來我們就手把手地從CubeMX的工程創(chuàng)建開始完成一個完整的串口DMA發(fā)送與接收配置。2. CubeMX工程創(chuàng)建與基礎(chǔ)外設(shè)配置我們以常見的STM32F103C8T6BluePill核心板為例目標(biāo)是配置USART1使用DMA進行發(fā)送和接收。其他系列型號的操作邏輯基本一致。2.1 新建工程與芯片選擇打開STM32CubeMX點擊“New Project”。在芯片選擇器中輸入“STM32F103C8”在結(jié)果列表中選擇“STM32F103C8Tx”。注意型號后綴的“Tx”代表LQFP48封裝這是BluePill板常用的封裝。雙擊芯片圖片或點擊“Start Project”進入配置界面。2.2 系統(tǒng)核心SYS與時鐘RCC配置在左側(cè)分類視圖的“System Core”中先配置SYS。Debug: 根據(jù)你的調(diào)試器選擇。如果你使用ST-LINK進行SWD調(diào)試這里選擇“Serial Wire”。這會影響PA13(SWDIO)和PA14(SWCLK)兩個引腳的功能。如果選擇不當(dāng)可能導(dǎo)致后續(xù)無法下載或調(diào)試程序。然后配置RCC復(fù)位與時鐘控制。High Speed Clock (HSE): 選擇“Crystal/Ceramic Resonator”。BluePill板外部通常有一個8MHz的晶振。這一步是為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的外部時鐘源是保證串口波特率精確的基礎(chǔ)。2.3 串口USART1引腳與參數(shù)配置在左側(cè)分類視圖的“Connectivity”中找到USART1。模式選擇: 點擊USART1在右側(cè)的“Mode”中選擇“Asynchronous”異步通信模式。這會使能USART1功能并自動占用PA9TX和PA10RX引腳。你可以在下方的芯片引腳圖上看到這兩個引腳變成了綠色。參數(shù)配置: 在下方出現(xiàn)的“Configuration”選項卡中點擊“Parameter Settings”。Baud Rate: 設(shè)置為115200這是一個非常通用的波特率。Word Length: 8 Bits一個字節(jié)。Parity: None無校驗位。Stop Bits: 11個停止位。Over Sampling: 16 Samples默認(rèn)抗干擾能力較好。其他參數(shù)保持默認(rèn)即可。至此一個最基礎(chǔ)的串口功能就配置好了。但這只是“輪詢模式”的配置。接下來才是DMA配置的核心。3. DMA通道的添加與關(guān)鍵參數(shù)詳解DMA配置是本文的核心也是容易出錯的地方。STM32的DMA資源是以“流”StreamF1/F4系列或“通道”ChannelF0/F1/F3等系列來管理的。對于STM32F103我們使用的是DMA的“通道”。3.1 添加DMA發(fā)送請求在左側(cè)分類視圖的“Connectivity”中再次點擊USART1。在右側(cè)“DMA Settings”選項卡中點擊“Add”。在彈出的“DMA Request”選擇框中你會看到USART1_TX和USART1_RX。我們先添加發(fā)送請求。選擇USART1_TX然后點擊“OK”。這會為USART1的發(fā)送功能分配一個DMA通道。3.2 配置DMA發(fā)送通道參數(shù)添加成功后列表中會出現(xiàn)一行我們需要對其參數(shù)進行詳細(xì)配置。每一個參數(shù)的選擇都有其背后的硬件原理。Direction:Memory To Peripheral。這定義了數(shù)據(jù)流向從內(nèi)存我們定義的數(shù)組到外設(shè)USART1的數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器。這是發(fā)送操作的正確方向。Priority:Medium。當(dāng)多個DMA通道同時請求時優(yōu)先級高的先被服務(wù)。對于單一串口發(fā)送Low或Medium均可。如果系統(tǒng)中有更緊急的數(shù)據(jù)搬運如ADC連續(xù)采樣可以將其設(shè)為High。Mode:Normal。這是最常用的模式。在Normal模式下DMA在傳輸完指定的數(shù)據(jù)量比如100個字節(jié)后就會自動停止并產(chǎn)生傳輸完成中斷。與之相對的是Circular循環(huán)模式在該模式下DMA傳輸完指定數(shù)據(jù)量后會自動重置計數(shù)器并重新開始傳輸形成一個循環(huán)緩沖區(qū)常用于需要持續(xù)不斷收發(fā)數(shù)據(jù)的場景如音頻流。初次使用強烈建議先從Normal模式開始理解。Increment Address: 這里有兩項。Memory必須勾選Enable。因為我們發(fā)送的數(shù)據(jù)通常存儲在內(nèi)存的一個連續(xù)數(shù)組中DMA每搬運完一個字節(jié)或半字、字內(nèi)存地址需要自動增加以指向下一個待發(fā)送的數(shù)據(jù)。Peripheral必須保持Disable。因為外設(shè)USART1的TDR寄存器的地址是固定的我們始終是把數(shù)據(jù)搬到同一個寄存器里。Data Width: 這里也有兩項。Memory和Peripheral通常都選擇Byte8位。因為串口通信的基本單位是字節(jié)8位。這確保了DMA每次搬運的數(shù)據(jù)大小與串口數(shù)據(jù)寄存器的大小匹配。這是一個關(guān)鍵點如果這里配置為Half Word16位或Word32位而你的串口是8位數(shù)據(jù)那么DMA一次會搬運2個或4個字節(jié)到TDR寄存器這會導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯亂。除非你使用了串口的9位數(shù)據(jù)模式或硬件流控制否則保持Byte。3.3 添加并配置DMA接收請求重復(fù)“添加”步驟這次選擇USART1_RX。Direction:Peripheral To Memory。數(shù)據(jù)從外設(shè)USART1的RDR寄存器到內(nèi)存。Priority:Medium或High。接收的優(yōu)先級通常建議設(shè)置得比發(fā)送高因為接收不及時會導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失而發(fā)送晚一點通?？梢越邮?。Mode: 對于接收Normal和Circular的選擇更具策略性。如果你接收的是固定長度的數(shù)據(jù)包比如每包20字節(jié)并且你需要在收完一包后立即處理那么用Normal模式在傳輸完成中斷里處理數(shù)據(jù)。如果你接收的是連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流如GPS模塊的NMEA語句那么Circular模式是更好的選擇。它會在內(nèi)存中創(chuàng)建一個環(huán)形緩沖區(qū)新數(shù)據(jù)會覆蓋舊數(shù)據(jù)你只需要定期去緩沖區(qū)里讀取有效數(shù)據(jù)即可避免了數(shù)據(jù)覆蓋丟失的風(fēng)險。本文后續(xù)以Normal模式為例進行代碼編寫。Increment Address:Memory:Enable。原因同發(fā)送我們需要把接收到的數(shù)據(jù)依次存放到數(shù)組的不同位置。Peripheral:Disable。原因同發(fā)送源地址RDR寄存器固定。Data Width: 同樣都設(shè)置為Byte。注意DMA通道沖突。STM32的DMA控制器通道資源是有限的且一個通道在同一時間只能服務(wù)于一個外設(shè)請求。CubeMX通常會智能地分配空閑通道。但如果你的項目復(fù)雜使用了多個外設(shè)的DMA如ADC、SPI、另一個串口等可能會遇到通道沖突。如果CubeMX報錯你需要手動調(diào)整確保每個外設(shè)請求使用的通道是唯一的。4. 中斷與NVIC配置讓CPU知道DMA干完活了配置好DMA的搬運工我們還需要告訴CPU什么時候該來“驗收”工作成果。這就是中斷的作用。4.1 使能DMA傳輸完成中斷在剛才的DMA Settings列表中每一行即每個DMA請求的右側(cè)都有一個“NVIC Settings”選項卡有時需要點擊通道行最右側(cè)的齒輪圖標(biāo)進入詳細(xì)設(shè)置。點擊它。對于USART1_TX通道找到并勾選Transfer Complete interrupt傳輸完成中斷。這樣當(dāng)DMA發(fā)送完所有指定數(shù)據(jù)后就會產(chǎn)生一個中斷。對于USART1_RX通道同樣勾選Transfer Complete interrupt。當(dāng)DMA接收滿指定數(shù)量的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷。為什么還需要串口自身的中斷在某些高級場景下你可能還需要串口本身的USART1 global interrupt。例如你想在DMA接收的同時還能處理串口的其他事件如幀錯誤、溢出錯誤等?；蛘吣阆胧褂谩翱臻e中斷”Idle Interrupt來檢測一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束當(dāng)串口總線空閑超過一個字符傳輸時間時觸發(fā)這在接收不定長數(shù)據(jù)時非常有用。但為了簡化初學(xué)模型本文暫不開啟串口全局中斷僅依賴DMA傳輸完成中斷。4.2 配置NVIC優(yōu)先級可選但重要在左側(cè)分類視圖的“System Core”中點擊NVIC。 在這里你可以看到所有已使能的中斷列表包括我們剛剛使能的DMA1 Channel4 global interrupt對應(yīng)USART1_TX和DMA1 Channel5 global interrupt對應(yīng)USART1_RX。Preemption Priority搶占優(yōu)先級數(shù)值越小優(yōu)先級越高。當(dāng)兩個中斷同時發(fā)生時優(yōu)先級高的先執(zhí)行并且可以打斷正在執(zhí)行的優(yōu)先級低的中斷。Sub Priority子優(yōu)先級當(dāng)兩個中斷的搶占優(yōu)先級相同時比較子優(yōu)先級數(shù)值小的先執(zhí)行但它們不能互相打斷。 對于簡單的應(yīng)用你可以不修改使用默認(rèn)優(yōu)先級。但在復(fù)雜的實時系統(tǒng)中合理設(shè)置中斷優(yōu)先級至關(guān)重要。例如確保接收DMA中斷的優(yōu)先級高于發(fā)送或者高于某些非緊急的定時器中斷。配置完成后你的DMA和中斷設(shè)置應(yīng)該大致如下圖所示具體通道號可能因型號而異USART1_TX - DMA1 Channel4, Direction: M2P, Priority: Medium, Mode: Normal, MemInc: Enable, ... USART1_RX - DMA1 Channel5, Direction: P2M, Priority: Medium, Mode: Normal, MemInc: Enable, ... NVIC: DMA1 Channel4/5 Interrupt Enabled.5. 生成代碼與HAL庫關(guān)鍵函數(shù)解析點擊CubeMX右上角的“GENERATE CODE”選擇你的IDE如Keil MDK-ARM、IAR或STM32CubeIDE并指定工程路徑。CubeMX會生成完整的初始化代碼。打開生成的主文件通常是main.c在/* USER CODE BEGIN PV */和/* USER CODE END PV */之間我們定義發(fā)送和接收緩沖區(qū)。/* Private variables ---------------------------------------------------------*/ /* USER CODE BEGIN PV */ uint8_t uart_tx_buffer[100]; // 發(fā)送緩沖區(qū) uint8_t uart_rx_buffer[50]; // 接收緩沖區(qū) /* USER CODE END PV */在main函數(shù)中系統(tǒng)初始化HAL_Init()、時鐘配置SystemClock_Config()和外設(shè)初始化MX_DMA_Init(),MX_USART1_UART_Init()的代碼都已由CubeMX生成并調(diào)用。初始化完成后進入主循環(huán)while (1)之前是啟動DMA接收的最佳時機。5.1 啟動DMA接收在/* USER CODE BEGIN 2 */區(qū)域添加以下代碼來啟動DMA接收/* USER CODE BEGIN 2 */ // 啟動串口DMA接收 // 參數(shù)串口句柄 接收緩沖區(qū)地址 接收數(shù)據(jù)長度 超時時間對于DMA接收此參數(shù)在非阻塞模式下通常無效可填最大值 if (HAL_UART_Receive_DMA(huart1, uart_rx_buffer, sizeof(uart_rx_buffer)) ! HAL_OK) { // 啟動失敗可以在這里添加錯誤處理比如點亮一個錯誤指示燈 Error_Handler(); } /* USER CODE END 2 */這行代碼是整個DMA接收邏輯的起點。它告訴DMA控制器請監(jiān)視USART1的接收寄存器一旦有數(shù)據(jù)到來就立刻將其搬運到uart_rx_buffer數(shù)組的開頭連續(xù)搬運sizeof(uart_rx_buffer)這里是50個字節(jié)。搬運完成后觸發(fā)DMA傳輸完成中斷。5.2 編寫DMA傳輸完成中斷回調(diào)函數(shù)HAL庫采用回調(diào)函數(shù)機制來處理中斷。我們不需要直接編寫中斷服務(wù)函數(shù)ISR而是重寫對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。當(dāng)DMA發(fā)送或接收完成時HAL庫會在其中斷服務(wù)函數(shù)里調(diào)用這些回調(diào)函數(shù)。在main.c文件中找到/* USER CODE BEGIN 4 */區(qū)域這是我們放置用戶代碼的地方。添加以下兩個函數(shù)/* USER CODE BEGIN 4 */ // DMA發(fā)送完成中斷回調(diào)函數(shù) void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { // 判斷是哪個串口觸發(fā)的回調(diào) if (huart-Instance USART1) { // USART1的DMA發(fā)送完成 // 可以在這里置位一個標(biāo)志位通知主循環(huán)發(fā)送完成或者準(zhǔn)備下一次發(fā)送 // 例如tx_complete_flag 1; // 注意不要在回調(diào)函數(shù)內(nèi)進行長時間操作或調(diào)用可能阻塞的HAL_Delay() } } // DMA接收完成中斷回調(diào)函數(shù) void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart-Instance USART1) { // USART1的DMA接收完成收到了50個字節(jié) // 1. 處理接收到的數(shù)據(jù)uart_rx_buffer 中現(xiàn)在有50個新字節(jié) // process_received_data(uart_rx_buffer, 50); // 2. 非常重要重新啟動DMA接收以準(zhǔn)備接收下一批數(shù)據(jù)。 // 因為我們在CubeMX中配置的是Normal模式傳輸完成后DMA就停止了。 // 如果不重新啟動串口后續(xù)收到的數(shù)據(jù)將無法被DMA搬運可能導(dǎo)致溢出錯誤。 HAL_UART_Receive_DMA(huart1, uart_rx_buffer, sizeof(uart_rx_buffer)); } } /* USER CODE END 4 */關(guān)于HAL_UART_RxCpltCallback的特別說明 這是最容易忽略的一步。在Normal模式下DMA傳輸完成后就停止了。如果你只啟動一次接收那么DMA在收滿50個字節(jié)后就會永遠停止之后串口再來的數(shù)據(jù)將無處安放除非你開啟了溢出中斷并處理。因此必須在本次接收完成的回調(diào)函數(shù)中立即重新調(diào)用HAL_UART_Receive_DMA來啟動下一次接收從而形成一個“接收-處理-再準(zhǔn)備接收”的循環(huán)。這是DMA接收Normal模式下的標(biāo)準(zhǔn)用法。5.3 主循環(huán)中觸發(fā)DMA發(fā)送現(xiàn)在我們可以在主循環(huán)中模擬一個發(fā)送任務(wù)。例如當(dāng)按下某個按鍵如果連接了的話或者定時發(fā)送時啟動DMA發(fā)送。/* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN 3 */ // 示例每秒通過DMA發(fā)送一次數(shù)據(jù) HAL_Delay(1000); // 準(zhǔn)備要發(fā)送的數(shù)據(jù) sprintf((char*)uart_tx_buffer, Hello DMA! Count: %lu\r\n, HAL_GetTick()); // 啟動DMA發(fā)送 // 參數(shù)串口句柄 發(fā)送數(shù)據(jù)地址 發(fā)送數(shù)據(jù)長度 超時時間DMA模式下通常無效 if (HAL_UART_Transmit_DMA(huart1, uart_tx_buffer, strlen((char*)uart_tx_buffer)) ! HAL_OK) { // 發(fā)送啟動失敗處理 } // 注意調(diào)用此函數(shù)后立即返回發(fā)送在后臺由DMA進行。 // 發(fā)送完成后會觸發(fā)HAL_UART_TxCpltCallback回調(diào)。 // 主循環(huán)可以繼續(xù)做其他事情比如閃爍LED而不被發(fā)送任務(wù)阻塞。 HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin); } /* USER CODE END 3 */6. 進階話題與實戰(zhàn)避坑指南當(dāng)你成功跑通基礎(chǔ)的DMA收發(fā)后可能會遇到一些更復(fù)雜的需求和陷阱。下面分享幾個實戰(zhàn)中總結(jié)的經(jīng)驗。6.1 如何接收不定長數(shù)據(jù)DMA空閑中斷Idle Interrupt前面我們用的是Normal模式配合固定長度接收。但在實際應(yīng)用中比如接收一串以回車換行\(zhòng)r\n結(jié)尾的指令或者一個變長的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長度是不固定的。此時“DMA空閑中斷”是STM32 HAL庫推薦的優(yōu)雅方案。原理使能串口的空閑中斷Idle Interrupt。當(dāng)DMA在接收數(shù)據(jù)時如果串口總線空閑沒有新數(shù)據(jù)的時間超過一幀數(shù)據(jù)的傳輸時間硬件就會產(chǎn)生一個空閑中斷。在這個中斷里我們可以知道從上次處理完數(shù)據(jù)到現(xiàn)在DMA又搬了多少數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)。配置步驟CubeMX配置在USART1的NVIC Settings中使能USART1 global interrupt。在代碼中我們需要手動使能空閑中斷。代碼修改在啟動DMA接收后使能空閑中斷。// 在啟動DMA接收后使能空閑中斷 __HAL_UART_ENABLE_IT(huart1, UART_IT_IDLE);重寫串口全局中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_IRQHandler會調(diào)用的UART_ExRxEventCallbackHAL庫較新版本或直接在USART1_IRQHandler的中斷服務(wù)函數(shù)中添加空閑中斷判斷老版本方法。這里以新版本回調(diào)為例// 在main.c的USER CODE BEGIN 4區(qū)域 void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart-Instance USART1) { // Size參數(shù)在空閑中斷觸發(fā)時表示自上次事件以來接收到的數(shù)據(jù)量 // 但更通用的做法是在空閑中斷標(biāo)志位判斷中計算 } }更通用的做法是在USART1_IRQHandler調(diào)用的HAL_UART_IRQHandler函數(shù)執(zhí)行后我們檢查空閑中斷標(biāo)志。// 在stm32f1xx_it.c的USART1_IRQHandler函數(shù)中添加用戶代碼 void USART1_IRQHandler(void) { /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */ // 檢查是否是空閑中斷 if(__HAL_UART_GET_FLAG(huart1, UART_FLAG_IDLE) ! RESET) { __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart1); // 清除空閑中斷標(biāo)志必須 // 計算本次收到了多少數(shù)據(jù) // DMA接收的數(shù)據(jù)量 設(shè)定的接收長度 - DMA寄存器中剩余未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 uint16_t received_size sizeof(uart_rx_buffer) - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx); if(received_size 0) { // 處理數(shù)據(jù)uart_rx_buffer[0] 到 uart_rx_buffer[received_size-1] process_data(uart_rx_buffer, received_size); // 重新啟動DMA接收指向緩沖區(qū)起始位置 HAL_UART_Receive_DMA(huart1, uart_rx_buffer, sizeof(uart_rx_buffer)); } } /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ HAL_UART_IRQHandler(huart1); /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ }關(guān)鍵點一定要清除空閑中斷標(biāo)志__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG否則會連續(xù)進入中斷。通過__HAL_DMA_GET_COUNTER可以獲取DMA通道中剩余未傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量從而反推出已經(jīng)接收了多少數(shù)據(jù)。6.2 DMA發(fā)送的“坑”數(shù)據(jù)覆蓋與緩存一致性當(dāng)你調(diào)用HAL_UART_Transmit_DMA后函數(shù)會立即返回但DMA可能還在搬運數(shù)據(jù)。絕對不能在DMA發(fā)送完成前修改發(fā)送緩沖區(qū)uart_tx_buffer的內(nèi)容否則DMA可能會發(fā)送出被修改后的混亂數(shù)據(jù)。解決方案雙緩沖區(qū)Ping-Pong Buffer準(zhǔn)備兩個發(fā)送緩沖區(qū)A和B。當(dāng)DMA正在發(fā)送緩沖區(qū)A的數(shù)據(jù)時主循環(huán)可以準(zhǔn)備下一幀數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)B。在A發(fā)送完成的回調(diào)函數(shù)中切換并啟動B的發(fā)送同時主循環(huán)可以填充A。如此循環(huán)。使用發(fā)送完成標(biāo)志在HAL_UART_TxCpltCallback中設(shè)置一個標(biāo)志位tx_busy 0。主循環(huán)中只有檢測到tx_busy 0時才填充緩沖區(qū)并啟動下一次DMA發(fā)送同時設(shè)置tx_busy 1。6.3 調(diào)試技巧如何判斷DMA是否在工作查看寄存器在調(diào)試器中查看DMA通道的CNDTR寄存器Counter。這個值表示剩余待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。如果它在遞減說明DMA正在搬運數(shù)據(jù)。傳輸完成后它會變?yōu)?并可能自動重載循環(huán)模式或停止普通模式。使用斷點和標(biāo)志位在DMA發(fā)送/接收完成回調(diào)函數(shù)入口處設(shè)置斷點。如果程序能停在這里說明DMA傳輸完成中斷觸發(fā)了基本證明DMA工作正常。檢查硬件連接和波特率這是老生常談但最容易出錯的地方。務(wù)必確認(rèn)TX、RX線接對了且兩端設(shè)備STM32和PC串口工具的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位完全一致。簡化測試初次測試時先只測試發(fā)送或只測試接收。例如先注釋掉接收的啟動代碼只測試DMA發(fā)送用串口助手看是否能收到數(shù)據(jù)。成功后再測試接收可以用串口助手定時發(fā)送固定數(shù)量的字節(jié)看是否能進入接收完成回調(diào)。6.4 資源管理與錯誤處理HAL庫的DMA函數(shù)會返回HAL_StatusTypeDef。除了HAL_OK還可能返回HAL_BUSYDMA正忙、HAL_ERROR參數(shù)錯誤或DMA狀態(tài)錯誤等。在生產(chǎn)代碼中應(yīng)該檢查這些返回值并進行適當(dāng)?shù)腻e誤處理比如重試、記錄錯誤日志或系統(tǒng)復(fù)位。此外STM32的DMA資源有限。在復(fù)雜項目中需要像管理內(nèi)存一樣管理DMA通道。CubeMX的圖形化分配能解決大部分沖突但當(dāng)你手動修改代碼或移植工程時務(wù)必確認(rèn)沒有兩個外設(shè)試圖使用同一個DMA通道。