基于STM32 HAL库串口同时收发经验分享

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攻城狮Melo 发布时间：2023-6-11 19:17

技术帖
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文章简介:	基于STM32 HAL库串口同时收发经验分享

前言

对于 STM32 串口的使用，确实很简单使用 STM32CubeMX 做好初始化，就可以直接使用了。

但是最近在某些产品上使用串口同时收发的时候，发现有时候串口会收不到数据了，但是发送正常，而且这个问题再数据量大的时候很容易出现，于是乎进行了好几天的问题测试……

3 P4 R; E( W C8 c3 q

一、 HAL 库串口收发

先简单回顾一下 STM32 HAL库串口收发是如何使用的。

R2 y. y% U1 e1 E$ K5 Z" F! X3 m' p

1.1 串口发送

对于 STM32 来说，串口发送有3中方式：

轮询发送；
中断发送；
DMA发送；+ D; G! b) W0 L! a8 j5 |2 Z0 @

在实际产品上，大部分项目中都用的是轮询方式发送，本次出现接收卡死的问题的产品也是采用的轮询发送，所以我简单的说明一下轮询发送，其他两种方式为 STM32 学习的基础问题，这里就不过多讨论。

发送相对简单，在 HAL 库实际都是使用HAL_UART_Transmit函数：

不管是哪个串口发送，都做了个简单的发送函数：

发送没什么好说的，简单易用。

9 _& g* }2 G$ F# _

1.2 串口接收

和串口发送一样，串口接收有3中方式：

轮询接收；
中断接收；
DMA接收；- g" g8 Y+ q% m1 g6 _

在我们正常的项目使用中，一般都是中断接收或者 DMA 接收，基本上不会使用轮询接收的方式。

那么对于本次出问题的产品，我采用的是中断接收的方式。

但是相比较发送，在 HAL 库中使用中断接收的方式就有点 “五花八门” 的感觉。

2 W, R9 q, q# ^9 ?1 n

1.2.1 标准库接收

在标准库的时候，我们经常这么用，在串口初始化的时候使用下面的语句使能中断：

//在串口初始化代码之后加上中断使能
$ z2 X7 M% \5 ^2 }( s. r- |0 E) Y
USART_ITConfig(USART3,USART_IT_RXNE,ENABLE);

复制代码

如果需要自动判断一帧数据，我们再开启一下 IDLE 中断：

USART_ITConfig(USART3, USART_IT_IDLE, ENABLE);

复制代码

然后在对应的中断处理函数中，直接读取 DR 寄存器（STM32F103 而言为 DR，STM32L051 为RDR），然后当 IDLE 中断产生，也可以处理一下标志位：

//自己用的，用到了 USART_IT_IDLE 标志位，有时候不合适
+ U3 a' [. V, ?( F! S6 R T
void USART3_IRQHandler(void) //串口3中断服务程序/ \5 i8 ~2 t# I {' j/ r3 [9 g
{4 T# g( J3 Z$ _5 F/ e# \" T
u8 clear3=clear3; //消除编译器没有用到的提醒
( t+ O: z+ v; L: G
// u8 Res;
9 K1 {( Q: b8 o( h0 ~+ B
5 _! S# @) n* G
if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) 1 [4 Z. @* {1 O
{
. q. e% F/ _! J: o0 S, ?8 d
USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++] = USART3->DR; n9 x1 w { A. M( u) \3 Y/ b
USART3_RX_BUF[USART3_Data++] = USART_ReceiveData(USART3);& V* H1 b+ \& Z. T) y9 ~0 o0 \& @) p# ?
// Res= USART_ReceiveData(USART3);" M& T& w& Z: _6 w
// USART_SendData(USART1,Res);while(!(USART1->SR&USART_FLAG_TXE)); + H& k* D% C( |% _& y
}$ l5 B/ w; O: Y1 ^
* J5 d" N8 B% h
else if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_IDLE) != RESET)
* j* u5 a9 C8 h
{
# [& V# W' G/ ? _& J
clear3=USART3->SR; //读SR寄存器可以清空寄存器" T/ ~- F& ]! y+ G/ F# t5 b
clear3=USART3->DR; //读DR寄存器（先读SR寄存器，再读DR，为了清除IDLE中断） 3 q5 I/ t7 T- j
USART3_RX_STA=1; //标记接收到了一帧数据
" }) m0 N- a5 N! O6 [7 Q3 @, O
//USART3_Data=0;$ M' ^! N* u- u4 m( n, P
} //enocean是不是读不到一帧数据，不用一帧数据测试一下
+ k! U1 b4 W1 D3 D
}

复制代码

1.2.1 HAL库接收HAL库接收方式一

在 HAL 库函数接收的时候，其实也可以使用标准库上一样的中断标志使能：

MX_LPUART1_UART_Init();0 \0 K" l' A- ^' r5 b' P
__HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1,UART_IT_RXNE);

复制代码

IDLE 中断使能：

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_IDLE);

复制代码

这种方式的处理方式，可以和标准库差不多。

在 HAL 库中，外设的中断的入口函数都放在stm32l0xx_it.c 这个文件夹中（以STM32L051 为例），在这个文件中可以找到和标准库一样的中断入口函数，我们可以进行如下处理：

void USART2_IRQHandler(void). e! L! a# ]; x
{: w5 T1 B3 b) g; ^$ O) ^! b
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */
$ ^) Z' }7 C* U
9 ^ Q" F7 e0 L+ g2 n& A
/* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
2 T) j# Y d% Y- Q# d& W6 K
HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
. H/ a* P; H/ M1 y+ r2 J& t
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
/ S7 G3 ^( R0 C' v5 R1 M
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_RXNE) == SET){* Z4 k$ H% W/ G6 b
// USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++] = huart2.Instance->RDR
% c- G/ k N% D Y% Y" j
// RXNE 数据处理，直接读取数据 * Y' N O$ I" J2 f1 l/ [
}
8 b5 O# J1 i: ?- D- X
if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE) != RESET))
, f9 }* k2 G7 R* K# A$ Y) g2 S
{
4 t0 l; Q8 D5 Z/ C
__HAL_UART_CLEAR_IT(&huart2,UART_CLEAR_IDLEF); //Çå³ýÖÐ¶Ï
0 z* _8 o* Y0 y8 s
// ReceiveState = 1; j9 L) w. H+ n* Q2 O9 o8 o: Z4 @0 [
// IDLE 数据处理，一帧数据接收标志位置位3 p* p# w5 r* e; a9 P
}& R `7 V+ I5 z+ T1 W. N
}

复制代码

HAL库接收方式二

但是在于 HAL 中，还有一种比较常用的开启中断方法，不是直接使能中断，而是通过调用 HAL 库函数 HAL_UART_Receive_IT ：

一般的使用方式步骤：

对于本次需要说明的问题，就是使用了 HAL_UART_Receive_IT 函数导致的，下文我们会说明，这里列出了基本的使用步骤。

. k9 o5 f- O& O. e% Y. g' E6 W

二、收发同时串口卡死？
2.1 问题说明

最近测试部反馈，产品有些时候的下行没反应，这里所说的下行，其实就是串口接收。

霹雳扒拉一大堆多余的省略 ... ... 只说几个重点：

出问题的最后现象就是串口发送正常，但是永远接收不到数据了，其他程序正常运行。

出问题只存在于串口又有接收，又有发送的产品上。

产品发送一般是周期性的，但是接收是随机的，无线信号串口接收，所以产品的出问题的情况也是随机的，但是数据量大起来肯定就会出现永远接收不到的问题。

2.2 尝试的处理方式

因为所有的一些都是按照正常流程设计的，按理来说实在是不知道为什么会这样，所以网上查询测试了好久，现在我把尝试的处理方式以及步骤记录说明一下：

2.2.1 清除错误标志位

在使用 HAL 库的时候，有4个错误 flag，如下图：

期初还以为是某些异常错误导致的，经过网上的的一些查询，刚开始是添加了清除错误标志位：

__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_PE);//清标志
3 }8 L# i$ `. U5 e& V/ J
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_FE);
% }: s# x) x. W4 h1 L1 T% [
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_NE);
5 _" g: [$ l. t: @, K: r0 L4 |
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_ORE);

复制代码

在需要的地方加上错误标志位清除，我是在清除串口缓存中处理的：

2.2.2 串口溢出错误

其实串口溢出错误在上面的已经清除过标志位，因为这个问题着实搞得我头有点大，所以看到网上前人的处理方式和上面直接清除不一样，还是试了一把。

这里简单说明一下，我还特意去看了下自己的 CubeMX 设置，在设置的时候有一个 Overrun 错误标志位，平时我们设置都不一

定往下拉着看 = =！：

微信图片_20230611191622.png

然后确定了开启了串口溢出错误检测以后，我根据网上的方式，加了一个HAL_UART_ErrorCallback函数，其实就类似于HAL_UART_RxCpltCallback 函数：

自己加了一个出错处理函数，其实现在看来，当然也是没有用的。

2.2.3 HAL库的半双工处理？

折腾了好长一段时间，其实一开始就知道问题在于同时收发会出问题的情况，那么继续上网找问题。

最终确定了一个问题就是：

我们都知道 STM32 串口是全双工的， STM32 HAL库在处理接收的时候会锁一下串口一会，导致变成某个短时间的“半双工”。

这个时候如果同时收发就会出现问题，最后解决的办法在这篇文章中看到了：STM32 F103串口同时收发出现死锁问题解决办法

问题在于我们使用的HAL_UART_Receive_IT函数中，有对串口加锁的操作：

微信图片_20230611191616.png

虽然在后面有解锁：

但是根据后期的解决方式来说，确实就是这个HAL_UART_Receive_IT函数的问题，最后使用的方式为，在产生一次中断以后开启的时候手动解锁：

微信图片_20230611191610.png

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)& j; a3 n6 P& o L: p3 Z) B
{6 ?6 O. g; d! `. D8 m) V8 F& d
if(huart->Instance == LPUART1){
! ]4 X# `6 T, |3 l% n6 b- |/ b, z
Enocean_Data++;
X8 z0 D8 w0 L
if(Enocean_Data > 98)Enocean_Data = 0;
5 Z6 S9 I% ]) g; y* m' J
while(HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1, (uint8_t *)&USART_Enocean_BUF[Enocean_Data], 1) != HAL_OK){
. Y' J ~, s/ F& A2 C0 g
hlpuart1.RxState = HAL_UART_STATE_READY;
, [9 t. k0 G, u
__HAL_UNLOCK(&hlpuart1);
9 i. g+ @; L7 U) F, G9 w8 t" ?
}# _ Q& H7 y" A' m# b0 r$ S
}7 j: ]# S/ Z) t3 K1 p
else if(huart->Instance==USART1)4 l& ]7 h" s) G
{ & g9 q6 C# `5 \4 g
}( K! G& q, ^% i
}