STM32之串口DMA接收不定長數據

時間  2019-11-08
標籤 stm32 stm 串口 dma 接收 不定 數據 欄目 主板 简体版
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STM32之串口DMA接收不定長數據

引言

在使用stm32或者其餘單片機的時候，會常用到串口通信，那麼如何有效地接收數據呢？假如這段數據是不定長的有如何高效接收呢？git

同窗A：數據來了就會進入串口中斷，在中斷中讀取數據就好了！github

中斷就是打斷程序正常運行，怎麼能保證高效呢？常常把主程序打斷，主程序還要不要運行了？算法

同窗B：串口能夠配置成用DMA的方式接收數據，等接收完畢就能夠去讀取了！數組

這個同窗是對的，咱們可使用DMA去接收數據，不過DMA須要定長才能產生接收中斷,如何接收不定長的數據呢？網絡

DMA簡介

題外話：其實，上面的問題是頗有必要思考一下的，不斷思考，才能進步。函數

什麼是DMA

DMA：全稱Direct Memory Access，即直接存儲器訪問學習

DMA 傳輸將數據從一個地址空間複製到另一個地址空間。CPU只需初始化DMA便可，傳輸動做自己是由 DMA 控制器來實現和完成。典型的例子就是移動一個外部內存的區塊到芯片內部更快的內存區。這樣的操做並無讓處理器參與處理，CPU能夠幹其餘事情，當DMA傳輸完成的時候產生一箇中斷，告訴CPU我已經完成了，而後CPU知道了就能夠去處理數據了，這樣子提升了CPU的利用率，由於CPU是大腦，主要作數據運算的工做，而不是去搬運數據。DMA 傳輸對於高效能嵌入式系統算法和網絡是很重要的。ui

在STM32的DMA資源

STM32F1系列的MCU有兩個DMA控制器（DMA2只存在於大容量產品中），DMA1有7個通道，DMA2有5個通道，每一個通道專門用來管理來自於一個或者多個外設對存儲器的訪問請求。還有一個仲裁器來協調各個DMA請求的優先權。spa

f1-dam

f1-dam2

而STM32F4/F7/H7系列的MCU有兩個DMA控制器總共有16個數據流（每一個DMA控制器8個），每個DMA控制器都用於管理一個或多個外設的存儲器訪問請求。每一個數據流總共能夠有多達8個通道（或稱請求）。每一個通道都有一個仲裁器，用於處理 DMA 請求間的優先級。f4-dam操作系統

f4-dam2

DMA接收數據

DMA在接收數據的時候，串口接收DMA在初始化的時候就處於開啓狀態，一直等待數據的到來，在軟件上無需作任何事情，只要在初始化配置的時候設置好配置就能夠了。等到接收到數據的時候，告訴CPU去處理便可。

判斷數據接收完成

那麼問題來了，怎麼知道數據是否接收完成呢？

其實，有不少方法：

  • 對於定長的數據，只須要判斷一下數據的接收個數，就知道是否接收完成，這個很簡單，暫不討論。
  • 對於不定長的數據，其實也有好幾種方法，麻煩的我確定不會介紹，有興趣作複雜工做的同窗能夠在網上看看別人怎麼作，下面這種方法是最簡單的，充分利用了stm32的串口資源，效率也是很是之高。

DMA+串口空閒中斷

這兩個資源配合，簡直就是完美無缺啊，不管接收什麼不定長的數據，管你數據有多少，來一個我就收一個，就像廣東人吃「山竹」，來一個吃一個~（最近風好大，我好怕）。

可能不少人在學習stm32的時候，都不知道idle是啥東西，先看看stm32串口的狀態寄存器：

idle

idle1

當咱們檢測到觸發了串口總線空閒中斷的時候，咱們就知道這一波數據傳輸完成了，而後咱們就能獲得這些數據，去進行處理便可。這種方法是最簡單的，根本不須要咱們作多的處理，只須要配置好，串口就等着數據的到來，dma也是處於工做狀態的，來一個數據就自動搬運一個數據。

接收完數據時處理

串口接收完數據是要處理的，那麼處理的步驟是怎麼樣呢？

  • 暫時關閉串口接收DMA通道，有兩個緣由：1.防止後面又有數據接收到，產生干擾，由於此時的數據還未處理。2.DMA須要從新配置。
  • 清DMA標誌位。
  • 從DMA寄存器中獲取接收到的數據字節數（無關緊要）。
  • 從新設置DMA下次要接收的數據字節數，注意，數據傳輸數量範圍爲0至65535。這個寄存器只能在通道不工做(DMA_CCRx的EN=0)時寫入。通道開啓後該寄存器變爲只讀，指示剩餘的待傳輸字節數目。寄存器內容在每次DMA傳輸後遞減。數據傳輸結束後，寄存器的內容或者變爲0；或者當該通道配置爲自動重加載模式時，寄存器的內容將被自動從新加載爲以前配置時的數值。當寄存器的內容爲0時，不管通道是否開啓，都不會發生任何數據傳輸。
  • 給出信號量，發送接收到新數據標誌，供前臺程序查詢。
  • 開啓DMA通道，等待下一次的數據接收，注意，對DMA的相關寄存器配置寫入，如重置DMA接收數據長度，必需要在關閉DMA的條件進行，不然操做無效。

注意事項

STM32的IDLE的中斷在串口無數據接收的狀況下，是不會一直產生的，產生的條件是這樣的，當清除IDLE標誌位後，必須有接收到第一個數據後，纔開始觸發，一斷接收的數據斷流，沒有接收到數據，即產生IDLE中斷。若是中斷髮送數據幀的速率很快，MCU來不及處理這次接收到的數據，中斷又發來數據的話，這裏不能開啓，不然數據會被覆蓋。有兩種方式解決：

  1. 在從新開啓接收DMA通道以前，將Rx_Buf緩衝區裏面的數據複製到另一個數組中，而後再開啓DMA，而後立刻處理複製出來的數據。
  2. 創建雙緩衝，從新配置DMA_MemoryBaseAddr的緩衝區地址，那麼下次接收到的數據就會保存到新的緩衝區中，不至於被覆蓋。

程序實現

實驗效果：當外部給單片機發送數 據的時候，假設這幀數據長度是1000個字節，那麼在單片機接收到一個字節的時候並不會產生串口中斷，只是DMA在背後默默地把數據搬運到你指定的緩衝區裏面。當整幀數據發送完畢以後串口才會產生一次中斷，此時能夠利用DMA_GetCurrDataCounter()函數計算出本次的數據接受長度，從而進行數據處理。

串口的配置很簡單，基本與使用串口的時候一致，只不過通常咱們是打開接收緩衝區非空中斷，而如今是打開空閒中斷——USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE); 。

/**
  * @brief  USART GPIO 配置,工做參數配置
  * @param  無
  * @retval 無
  */
void USART_Config(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    // 打開串口GPIO的時鐘
    DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
    
    // 打開串口外設的時鐘
    DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

    // 將USART Tx的GPIO配置爲推輓複用模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  // 將USART Rx的GPIO配置爲浮空輸入模式
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
    
    // 配置串口的工做參數
    // 配置波特率
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
    // 配置 針數據字長
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    // 配置中止位
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    // 配置校驗位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    // 配置硬件流控制
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = 
    USART_HardwareFlowControl_None;
    // 配置工做模式，收發一塊兒
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    // 完成串口的初始化配置
    USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
    // 串口中斷優先級配置
    NVIC_Configuration();
    
#if USE_USART_DMA_RX 
    // 開啓 串口空閒IDEL 中斷
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE);  
  // 開啓串口DMA接收
    USART_DMACmd(DEBUG_USARTx, USART_DMAReq_Rx, ENABLE); 
    /* 使能串口DMA */
    USARTx_DMA_Rx_Config();
#else
    // 使能串口接收中斷
    USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);    
#endif

#if USE_USART_DMA_TX 
    // 開啓串口DMA發送
//    USART_DMACmd(DEBUG_USARTx, USART_DMAReq_Tx, ENABLE); 
    USARTx_DMA_Tx_Config();
#endif

    // 使能串口
    USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);        
}複製代碼

串口DMA配置

把DMA配置完成，就能夠直接打開DMA了，讓它處於工做狀態，當有數據的時候就能直接搬運了。

#if USE_USART_DMA_RX 

static void USARTx_DMA_Rx_Config(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

    // 開啓DMA時鐘
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
    // 設置DMA源地址：串口數據寄存器地址*/
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)USART_DR_ADDRESS;
    // 內存地址(要傳輸的變量的指針)
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)Usart_Rx_Buf;
    // 方向：從內存到外設    
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
    // 傳輸大小    
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = USART_RX_BUFF_SIZE;
    // 外設地址不增        
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    // 內存地址自增
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    // 外設數據單位    
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = 
    DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    // 內存數據單位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;     
    // DMA模式，一次或者循環模式
    //DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal ;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;    
    // 優先級：中    
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh; 
    // 禁止內存到內存的傳輸
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    // 配置DMA通道           
    DMA_Init(USART_RX_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure);        
    // 清除DMA全部標誌
    DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC5);
    DMA_ITConfig(USART_RX_DMA_CHANNEL, DMA_IT_TE, ENABLE);
    // 使能DMA
    DMA_Cmd (USART_RX_DMA_CHANNEL,ENABLE);
}
#endif複製代碼

接收完數據處理

由於接收完數據以後，會產生一個idle中斷，也就是空閒中斷，那麼咱們就能夠在中斷服務函數中知道已經接收完了，就能夠處理數據了，可是中斷服務函數的上下文環境是中斷，因此，儘可能是快進快出，通常在中斷中將一些標誌置位，供前臺查詢。在中斷中先判斷咱們的產生在中斷的類型是否是idle中斷，若是是則進行下一步，不然就無需理會。

/**
  ******************************************************************
  * @brief   串口中斷服務函數
  * @author  jiejie
  * @version V1.0
  * @date    2018-xx-xx
  ******************************************************************
  */ 
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
#if USE_USART_DMA_RX
    /* 使用串口DMA */
    if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_IDLE)!=RESET)
    {        
        /* 接收數據 */
        Receive_DataPack();
        // 清除空閒中斷標誌位
        USART_ReceiveData( DEBUG_USARTx );
    }    
#else
  /* 接收中斷 */
    if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)
    {        
    Receive_DataPack();
    }
#endif
}複製代碼

Receive_DataPack()

這個纔是真正的接收數據處理函數，爲何我要將這個函數單獨封裝起來呢？由於這個函數實際上是很重要的，由於個人代碼兼容普通串口接收與空閒中斷，不同的接收類型其處理也不同，因此直接封裝起來更好，在源碼中經過宏定義實現選擇接收的方式！更考慮了兼容操做系統的，可能我會在系統中使用dma+空閒中斷，因此，供前臺查詢的信號量就有可能不同，可能須要修改，我就把它封裝起來了。不過無所謂，都是同樣的。

/************************************************************
  * @brief   Uart_DMA_Rx_Data
  * @param   NULL
  * @return  NULL
  * @author  jiejie
  * @github  https://github.com/jiejieTop
  * @date    2018-xx-xx
  * @version v1.0
  * @note    使用串口 DMA 接收時調用的函數
  ***********************************************************/
#if USE_USART_DMA_RX
void Receive_DataPack(void)
{
    /* 接收的數據長度 */
    uint32_t buff_length;
    
    /* 關閉DMA ，防止干擾 */
    DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL, DISABLE);  /* 暫時關閉dma，數據還沒有處理 */ 
    
    /* 清DMA標誌位 */
    DMA_ClearFlag( DMA1_FLAG_TC5 );  
    
    /* 獲取接收到的數據長度 單位爲字節*/
    buff_length = USART_RX_BUFF_SIZE - DMA_GetCurrDataCounter(USART_RX_DMA_CHANNEL);
  
    /* 獲取數據長度 */
    Usart_Rx_Sta = buff_length;

    PRINT_DEBUG("buff_length = %d\n ",buff_length);
    
    /* 從新賦值計數值，必須大於等於最大可能接收到的數據幀數目 */
    USART_RX_DMA_CHANNEL->CNDTR = USART_RX_BUFF_SIZE;    
  
    /* 此處應該在處理完數據再打開，如在 DataPack_Process() 打開*/
    DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL, ENABLE);      
    
    /* (OS)給出信號 ，發送接收到新數據標誌，供前臺程序查詢 */
    
    /* 標記接收完成，在 DataPack_Handle 處理*/
    Usart_Rx_Sta |= 0xC000;
  
    /* 
    DMA 開啓，等待數據。注意，若是中斷髮送數據幀的速率很快，MCU來不及處理這次接收到的數據，
    中斷又發來數據的話，這裏不能開啓，不然數據會被覆蓋。有2種方式解決：

    1. 在從新開啓接收DMA通道以前，將Rx_Buf緩衝區裏面的數據複製到另一個數組中，
    而後再開啓DMA，而後立刻處理複製出來的數據。

    2. 創建雙緩衝，從新配置DMA_MemoryBaseAddr的緩衝區地址，那麼下次接收到的數據就會
    保存到新的緩衝區中，不至於被覆蓋。
    */
}複製代碼

f1使用dma是很是簡單的，我在f4用dma的時候也遇到一些問題，最後看手冊解決了，打算下一篇文章就寫一下調試過程，沒有什麼是debug不能解決的，若是有，那就兩次。今天台風天氣，連着舍友的WiFi更新的文章~中國電信仍是強，颱風天氣信號一點都不虛，個人移動卡一動不動-_-.

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