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基于stm32的UART高效接收DMA+IDLE编程示例

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基于stm32的UART高效接收DMA+IDLE编程示例

本文目标：基于stm32_h5的freertos编程示例

按照本文的描述，应该可以在对应的硬件上通实验并举一反三。

先决条件：拥有C语言基础，装有编译和集成的开发环境，比如：Keil uVision5

使用外设：USART1、USART1、GPIO、SysTick

HAL库版本：STM32H5xx HAL Driver version number 1.1.0

STMCubeMX版本：6.10.0

Keil uVision5版本：V5.38.0.0

实验目的

记录项目学习，学习在项目中进行的UART编程，体验串口的高效接收，设计一个实验，实现串口的接收。

场景使用原理图

在我的应用场景中，原理图的内容如下：

在这里插入图片描述

我将J4的接口的进行接线，这样就可以设计出一个串口发送，一个串口进行接收的实验。

UART的三种编程方式

结合 UART 硬件结构，有 3 种编程方法：

① 查询方式：

​ 要发送数据时，先把数据写入 TDR 寄存器，然后判断 TDR 为空再返回。当然也可以先判断 TDR 为空，再写入。要读取数据时，先判断 RDR 非空，再读取 RDR 得到数据。

② 中断方式：

​ 使用中断方式，效率更高，并且可以在接收数据时避免数据丢失。要发送数据时，使能“TXE”中断（发送寄存器空中断）。在 TXE 中断处理函数里，从程序的发送 buffer 里取出一个数据，写入 TDR。等再次发生 TXE 中断时，再从程序的发送buffer 里取出下一个数据写入 TDR。

对于接收数据，在一开始就使能“RXNE”中断（接收寄存器非空）。这样，UART 接收到一个数据就会触发中断，在中断程序里读取 RDR 得到数据，存入程序的接收 buffer。当程序向读取串口数据时，它直接读取接收 buffer 即可。这里涉及的“发送 buffer”、“接收 buffer”，特别适合使用“环形 buffer”。

③ DMA 方式：

​ 使用中断方式时，在传输、接收数据时，会发生中断，还需要 CPU 执行中断处理函数。有另外一种方法：DMA（Direct Memory Access），它可以直接在 2 个设备之间传递数据，无需 CPU 参与。

在这里插入图片描述

设置好 DMA（源、目的、地址增减方向、每次读取数据的长度、读取次数）后，DMA 就会自动地在 SRAM 和 UART 之间传递数据：

① 发送时：DMA 从 SRAM 得到数据，写入 UART 的 TDR 寄存器

② 接收时：DMA 从 UART 的 RDR 寄存器得到数据，写到 SRAM 去

③ 指定的数据传输完毕后，触发 DMA 中断；在数据传输过程中，没有中断，CPU 无需处理。

涉及使用的HAL库API如下：

  1. //查询方式：//发送：
  2. HAL_UART_Transmit
  3. //接收： 
  4. HAL_UART_Receive
  5.     
  6. //中断方式：//发送：
  7. HAL_UART_Transmit_IT
  8. HAL_UART_TxCpltCallback 
  9. //接收： 
  10. HAL_UART_Receive_IT
  11. HAL_UART_RxCpltCallback
  12.     
  13. //DMA方式：//发送：
  14. HAL_UART_Transmit_DMA
  15. HAL_UART_TxHalfCpltCallback
  16. HAL_UART_TxCpltCallback
  17. //接收： 
  18. HAL_UART_Receive_DMA
  19. HAL_UART_RxHalfCpltCallback
  20. HAL_UART_RxCpltCallback
  21.     
  22. // 错误
  23. HAL_UART_ErrorCallback
  24. HAL_UART_ErrorCallback
  25.

IDLE

IDLE，空闲的定义是：总线上在一个字节的时间内没有再接收到数据。UART 的 IDLE 中断何时发生？RxD 引脚一开始就是空闲的啊，难道 IDLE 中断一直产生？不是的。当我们使能 IDLE 中断后，它并不会立刻产生，而是：至少收到 1 个数据后，发现在一个字节的时间里，都没有接收到新数据，才会产生 IDLE 中断。我们使用 DMA 接收数据时，确实可以提高 CPU 的效率，但是“无法预知要接收多少数据”，而我们想尽快处理接收到的数据。怎么办？比如我想读取 100 字节的数据，但是接收到 60 字节后对方就不再发送数据了，怎么办？我们怎么判断数据传输中止了？可以使用IDLE 中断。在这种情况下，DMA 传输结束的条件有 3：

① 接收完指定数量的数据了，比如收到了 100 字节的数据了，HAL_UART_RxCpltCallback被调用

② 总线空闲了：HAL_UARTEx_RxEventCallback 被调用

③ 发生了错误：HAL_UART_ErrorCallback 被调用

使用 IDLE 状态来接收的函数有：

  1. //查询方式：
  2. //接收： 
  3. HAL_UARTEx_ReceiveToIdle
  4. //回调函数：
  5. //根据返回参数 RxLen 判断是否接收完毕，还是因为空闲而返回
  6.     
  7. //中断方式：
  8. //接收： 
  9. HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT
  10. //回调函数：
  11. 完毕：HAL_UART_RxCpltCallback
  12. 因为空闲而中止：
  13. HAL_UARTEx_RxEventCallback
  15. //DMA方式：
  16. //接收： 
  17. HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA
  18. //回调函数：
  19. 传输一半：
  20. HAL_UART_RxHalfCpltCallback
  21. 完毕：
  22. HAL_UART_RxCpltCallback
  23. 因为空闲而中止：
  24. HAL_UARTEx_RxEventCallback
  26. // 错误
  27. HAL_UART_ErrorCallback

程序设计

① 使用 DMA+IDLE 中断的方式接收数据，它会把数据存入临时缓冲区；

② 在回调函数里：把临时缓冲器的数据写入队列，然后再次使能 DMA

③ APP读取队列：如果队列里没有数据则阻塞。

在这里插入图片描述

串口配置

打开配置工具，进行串口配置

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

配置中断

在这里插入图片描述

配置DMA

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

代码片段

按照上述的配置进行底层配置之后，我们写点代码，如下：

  1. xTaskCreate(
  2.       CH1_UART2_TxTaskFunction,// 函数指针, 任务函数"ch1_uart2_tx_task",// 任务的名字200,// 栈大小,单位为word,200表示800字节NULL,// 调用任务函数时传入的参数
  3.       osPriorityNormal,// 优先级NULL);// 任务句柄, 以后使用它来操作这个任务xTaskCreate(
  4.       CH2_UART4_RxTaskFunction,// 函数指针, 任务函数"ch2_uart4_rx_task",// 任务的名字200,// 栈大小,单位为word,200表示800字节NULL,// 调用任务函数时传入的参数
  5.       osPriorityNormal,// 优先级NULL);// 任务句柄, 以后使用它来操作这个任务

这里的创建的两个任务代码片段如下：

  1. static void CH1_UART2_TxTaskFunction( void *pvParameters ) 
  2. {
  3.     uint8_t c = 0;
  4.     
  5.     while (1)
  6.     {
  7.       // send data
  8.       HAL_UART_Transmit_DMA (&huart2, &c, 1);
  9.       Wait_UART2_TxComplete(100);
  10.       vTaskDelay(500);
  11.       c++;
  12.     }
  13. }
  15. static void CH2_UART4_RxTaskFunction( void *pvParameters ) 
  16. {
  17.     uint8_t c = 0;
  19.     int cnt = 0;
  20.     char buf[100];
  21.     HAL_StatusTypeDef err;
  23.     UART4_Rx_Start();
  25.     while (1)
  26.     {
  27.       // receive data
  28.       err = UART4_GetData(&c);
  30.       if(err == 0)
  31.       {
  32.         sprintf(buf, "Recv Data : 0x%02x, Cnt : %d", c, cnt++);
  33.         Draw_String(0, 0, buf, 0x0000ff00, 0);
  35.       }
  36.       else
  37.       {
  38.         HAL_UART_DMAStop(&huart4);
  39.       }
  40.     }
  41. }

其中开始发送和开始接收的代码片段：

  1. int UART4_GetData(uint8_t *pData)
  2. {
  3.     xQueueReceive(g_xUART4_RX_Queue, pData, portMAX_DELAY);
  4.     return 0;
  5. }
  7. void UART4_Rx_Start(void)
  8. {
  9.     g_xUART4_RX_Queue = xQueueCreate(200, 1);
  10.     
  11.     HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart4, g_uart4_rx_buf, 100);
  12. }

编译、烧写、运行，可以看到开发板的 LED 不断闪烁，LCD 上不断的有数据过来，实验设计成功。

在这里插入图片描述

工程实验成功，后续将会继续记录项目中的实验，感谢关注。

本文中使用的测试工程

https://download.csdn.net/download/weixin_44317448/89195002

标签： stm32 单片机 嵌入式硬件
本文转载自: https://blog.csdn.net/weixin_44317448/article/details/138042887
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