STM32如何高效接收串口数据？

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；

USART3 的基址

DR寄存器的偏移地址如下图所示；

DR 偏移地址

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；

DMA 通道

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；

DMA 中断

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；

typedef void (*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；

void usart_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 
#include 

/* 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)

typedef void (*rx_cbk)(void* args);
struct uart_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;
};
typedef struct uart_mod uart_mod_t;

extern  uart_mod_t user_uart_mod;
void usart_init(void);
void usart_set_rx_cbk(uart_mod_t *pmod, rx_cbk pfunc,void *pargs);
void usart_send_char(char ch);
void usart_test_echo(void);
uint8_t usart_recv_char(void);
int usart_printf(const char *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；

static void dma_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 
#include 
#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;

static void rcc_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);
}

static void gpio_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);

}

static void dma_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);

}

static void irq_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);
}

void usart_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_t usart_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);
}

int usart_printf(const char *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');
 return 0;
}

void usart_test_echo(){
 uint8_t tmp_dat = 0xff;

 tmp_dat = usart_recv_char();
 usart_send_char(tmp_dat);
}

void usart_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); 

}

void usart_set_rx_cbk(uart_mod_t *pmod, rx_cbk pfunc,void *pargs){
 pmod->pargs = pargs;
 pmod->pfunc_rx_cbk = pfunc;
}

void DMA1_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
  */
void USART3_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; 
 return 0;
} 
int fputc(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。

void motor_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; 
}

int main(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。