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2020-10-01

串口与DMA

# 写在前面

如果要了解串口的原理与一些配置相关的东西，可以去找之前写过的一篇这篇文章。但是它到之后的程序阶段就最好先别看了，因为我自己也无法验证到底对不对。所以程序的部分改为以下内容

# 非 DMA 方式传输

# 阻塞式发送函数

特点：发送时没有发完单片机不能执行其他工作

HAL_StatusTypeDef  HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData,uint16_t Size, uint32_t Timeout);

//参数1：huart，串口实例的指针
//参数2：*pData，待发送数据缓冲区的指针
//参数3：Size，待发送数据的字节数
//参数4：Timeout，超时时间值
//返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。
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如果超出超时时间值，会自己结束以免打扰其他进程

# 非阻塞式发送函数

HAL_StatusTypeDef  HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData, uint16_t Size);

//参数1：huart，串口实例的指针
//参数2：*pData，待发送数据缓冲区的指针
//参数3：Size，待发送数据的字节数
//返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态

////串口发送完毕中断回调函数  
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart);
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart)  //发完一半进入
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发送完之后，会进入发送完中断

运行示例：

HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,  dat_Txd, 5);

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart) 
{         
    if(huart->Instance == USART1);         
    {             
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_9);    
    }
}
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判断句柄是否正确的huart->Instance是它的基地址

# 非阻塞式接收函数

HAL_StatusTypeDef  HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData,  uint16_t Size, uint32_t Timeout);

//参数1：huart，串口实例的指针
//参数2：*pData，数据接收据缓冲区的指针
//参数3：Size，待接收数据的字节数
//参数4：Timeout，超时时间值
//返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态
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不推荐使用，因为发来数据的对象发送的时间不可控，但你的时间是确定的

# 阻塞式接收函数

HAL_StatusTypeDef  HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart,uint8_t *pData,uint16_t Size);

//参数1：huart，串口实例的指针。
//参数2：*pData，数据接收据缓冲区的指针。
//参数3：Size，待接收数据的字节数。
//返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态。

////串口接收完毕中断回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart);
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart);
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接收完之后，会进入接收完中断

运行实例：

//使用中断，非阻塞方式
HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,  &dat_Rxd, 1);
  
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart)    
{        
    if(huart->Instance == USART1)    
    {       
        if(dat_Rxd == 0x5A)      
            HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);
    }
}
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接收完一个字节就中断

# 非 DMA 实例

我们循序渐进的用不同等级的代码来实现板间的串口通信

# 阻塞式发送与非阻塞式接收

/*
  @brief  简单的串口通信
  @type   使用阻塞式发送与非阻塞式接收
  @coding UTF-8
*/

//// main 之前的内容
// 定义简单的LED开闭宏
#define LEDx_ON() HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_PINx, GPIO_PIN_SET)
#define LEDx_OFF() HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_PINx, GPIO_PIN_RESET)
// 收发使用的数组与数字
uint8_t Tx_str1[] = "LEDx is opened.\r\n";
uint8_t Tx_str2[] = "LEDx is cloesd.\r\n";
uint8_t Rx_data = 0;

//// 回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if (Rx_data == 0xa1)
	{
		LEDx_ON();
		HAL_UART_Transmit(&huart1, Tx_str1, sizeof(Tx_str1), 10000);
		// @注意1
		HAL_UART_Receive_IT(&huart, &Rx_data, 1);
	}
	else if (Rx_data == 0xa2)
	{
		LEDx_OFF();
		HAL_UART_Transmit(&huart1, Tx_str2, sizeof(Tx_str2), 10000);
		// @注意1
		HAL_UART_Receive_IT(&huart, &Rx_data, 1);
	}
}

//// main中的自定义内容
int main()
{
	// forward
	// 启动接受中断（非阻塞式接收函数）
	HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &Rx_data, 1);
	// later
}
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这段函数的作用就是使能了串口1，也就是 UART1 的接收中断，接受传入到串口1的信息，并且每接受一个数据帧（长度可设置，一般为 8bit，也就是两位16进制数）之后发生中断

在中断中，检测这个发来的2位16进制数，如果大小为 0xa1 则打开 LED，并向信息来源发送“LED is opened”；如果大小是 0xa2 则关闭 LED，并向信息来源发送“LED is closed”。

注意解析

  1. 在接收中断，也就是HAL_UART_Receive_IT() 作用过一次之后，他就失效了，也就是这一句函数只管使用一次接收

# DMA 方式

# DMA 是什么

DMA 全称 Direct Memory Access(直接存储器访问)，是 STM32 的一个外设，它的特点在于：

在不占用 CPU 的情况下将数据从存储器直接搬运到外设，或者从外设直接搬运到存储器，当然也可以从存储器直接搬运到存储器。

比如在需要串口发送大量数据的时候，CPU 只需要发起 DMA 传输请求，然后就可以去做别的事情了，DMA 会将数据传输到串口发送，DMA 传输完之后会触发中断，CPU 如果有需要，可以对该中断进行处理，这样一来 CPU 的效率就大大提高了

# CubeMX设置

比起串口的设置只需要注意一下几点即可：

# 配置DMA

  1. 可以设置从 FLASH 到外设或者 SRAM 到外设
  2. 优先程度“Priority”也可调
  3. 数据宽度一般默认，在代码中设定
  4. 模式中，我们可以设置为“Circle”或者自己手动在 DMA 接受时像中断接收一样一遍又一遍的使能接收

# 函数部分

# 发送函数

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA  ( UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size) 
//参数1：huart，串口实例的指针
//参数2：*pData，待发送数据缓冲区的指针
//参数3：Size，待发送数据的字节数
//返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态
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# 接收函数

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA  ( UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)  
//参数1：huart，串口实例的指针
//参数2：*pData，接收数据缓冲区的指针
//参数3：Size，待接收数据的字节数
//返回值：HAL_StatusTypeDef，函数执行状态
    
////串口接收完毕中断回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart);
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef  *huart);
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像中断接收的方法一样，我们在使用这个函数的时候也是只有一次作用的机会，如果没有在模式设置中设为“Circle”时，则必须手动开启

且 DMA 方式接收的时候依然会有接受完中断或者接收一半中断，我们可以通过这个特性设置双缓存区等等

注意

这里的设置中一定要开启UART的全局中断，否则 DMA 的发送将只能工作一次！亲测

# 重定向printf

我们在普通环境下使用C编程时通常会使用 printf 函数打印数据，但是由于 printf函数使用了半主机模式，所以直接使用标准库会导致程序无法运行。我们通常会使用一些方式对 printf 进行重定向来代替 HAL_Transmit_xx 来从串口输出数据，其实有很多方法，这篇文章 (opens new window)讲的不错，这里只记录下最简单的一个

# 通过 MicroLib 重定向

首先要在魔术棒里的“Target”中勾选“Use MicroLib”选项，一定要勾选！

由于在printf的底层，它是不会一个字符一个字符去输出，而是会调用更底层的 I/O 函数：fputc 去逐个字符打印，所以只需要重定向此函数至串口即可：

可以在uart.c中添加如下代码：

/* USER CODE BEGIN 1 */
#if 1
#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *stream)
{
    /* 堵塞判断串口是否发送完成且等待 */
    while((USART1->ISR & 0X40) == 0);

    /* 串口发送完成，将该字符发送 */
    USART1->TDR = (uint8_t) ch;

    return ch;
}
#endif

/* USER CODE END 1 */
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注意

如果是  STM32F1 系列，上面这段代码不适用，请使用下面的代码

/* USER CODE BEGIN 1 */
#if 1
#include <stdio.h>

int fputc(int ch, FILE *stream)
{
    /* 堵塞判断串口是否发送完成且等待 */
    while((USART1->SR & 0X40) == 0);

    /* 串口发送完成，将该字符发送 */
    USART1->DR = (uint8_t) ch;

    return ch;
}
#endif
/* USER CODE END 1 */
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我们均使用了寄存器操作以提高效率！

其他两种方法可以了解一下！！

编辑 (opens new window)
上次更新: 2020/11/18, 13:11:00
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