HAL库UART的几个常用函数讲解+中断处理过程讲解

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cuyebiren 发布时间：2016-12-6 21:42

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【开源】做了一个STLINK/V2-UART二合一编程器

【实战经验】UART应用异常案例分析

HAL库是比较全面的，封装比较彻底的，也是功能比较强大的。
使用HAL库，我们直接调用它的API函数，不用关心它的底层操作过程。
使用HAL库，省去了好多繁琐的处理过程，不再需要我们自己写如等待等过程。
HAL库也包含如Ethernet、USB等高级外设的驱动。
对于初接触它的人来说，尤其是用惯了标准库的人，总会有各种不适应和排斥感。
就拿UART来说，我们通过中断方式接受或发送数据。如果仿真调试的话，会发现UART有开关中断的现象，而不是中断一直开着。

下面，就讲解UART常用函数以及中断处理过程。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
串口发送，发送指定长度的数据。如果超时没发送完成，则不再发送，返回超时标志（HAL_TIMEOUT）。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
串口接收，接收指定长度的数据。如果超时没接收完成，则不再接收数据到指定缓冲区，返回超时标志（HAL_TIMEOUT）。
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HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)；
串口中断发送，以中断方式发送指定长度的数据。
大致过程是，把 发送缓冲区指针指向要发送的数据，设置发送长度，发送计数器初值，然后使能串口发送中断，触发串口中断。
再然后，串口中断函数处理，直到数据发送完成，而后关闭中断，不再发送数据，串口发送完成回调函数。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
串口中断接收，以中断方式接收指定长度数据。
大致过程是，把 接收缓冲区指针指向要存放接收数据的数组，设置接收长度，接收计数器初值，然后使能串口接收中断。接收到数据时，会触发串口中断。
再然后，串口中断函数处理，直到接收到指定长度数据，而后关闭中断，不再触发接收中断，调用串口接收完成回调函数。
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HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
串口DMA发送，以DMA方式发送指定长度的数据。
过程是，把 发送缓冲区指针指向要发送的数据，设置发送长度，发送计数器初值，设置 DMA传输完成中断的回调函数，使能DMA控制器中断，使能DMA控制器传输，使能UART的DMA传输请求。
然后，UART便会发送数据，直到发送完成，触发DMA中断。
DMA中断处理，如果 DMA模式是循环模式，则直接 调用 DMA传输完成中断的回调函数。
如果 DMA模式是正常模式，则先关闭DMA传输完成中断，不再触发DMA中断，再调用 DMA传输完成中断的回调函数。
DMA传输完成中断的回调函数处理过程，如果 DMA模式是循环模式，则直接调用串口发送完成回调函数。
如果 DMA模式是正常模式，则先关闭 UART的DMA传输请求， 再使能串口传输完成中断，直到传输完成，触发中断。
串口传输完成中断处理，关闭中断，调用串口发送完成回调函数。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
串口DMA接收，以DMA方式接收指定长度的数据。
过程是，把 接收缓冲区指针指向要存放接收数据的数组，设置接收长度，接收计数器初值，设置 DMA传输完成中断的回调函数，使能DMA控制器中断，使能DMA控制器传输，使能UART的DMA传输请求。
然后，UART接收到数据，便会通过DMA把数据存到接收缓冲区，直到接收到指定长度数据，触发DMA中断。
DMA中断处理，如果 DMA模式是循环模式，则直接 调用 DMA传输完成中断的回调函数。
如果 DMA模式是正常模式，则先关闭DMA传输完成中断，不再触发DMA中断，再调用 DMA传输完成中断的回调函数。
DMA传输完成中断的回调函数处理过程，如果 DMA模式是循环模式，则直接调用串口接收完成回调函数。
如果 DMA模式是正常模式，则先关闭 UART的DMA传输请求， 再 调用串口接收完成回调函数。

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由于函数较多和过长的缘故，下面仅以HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)为例，分析源码：
/**
  * @brief  Sends an amount of data in non blocking mode.
  * @param  huart: pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *             the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData: Pointer to data buffer
  * @param  Size: Amount of data to be sent
  * @retval HAL status
  */                串口中断发送，以中断方式发送指定长度的数据。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
  /* Check that a Tx process is not already ongoing */
  if(huart->gState == HAL_UART_STATE_READY) 如果串口空闲，则执行以下语句。
  {
if((pData == NULL ) || (Size == 0U))     如果发送数据为空或者发送长度为0，则返回错误。
{
   return HAL_ERROR;
}

/* Process Locked */
__HAL_LOCK(huart);             上锁。

huart->pTxBuffPtr = pData;              结构体变量 huart 的参数设置。发送缓冲区，发送长度，发送计数器。
huart->TxXferSize = Size;
huart->TxXferCount = Size;

huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
huart->gState = HAL_UART_STATE_BUSY_TX;          状态设为发送繁忙。

    /* Process Unlocked */
__HAL_UNLOCK(huart);            解锁。

/* Enable the UART Transmit data register empty Interrupt */
SET_BIT(huart->Instance->CR1, USART_CR1_TXEIE);             使能UART发送数据寄存器空中断，则会触发串口中断（发送中断）。

return HAL_OK;
  }
  else              如果串口忙，则返回忙状态。
  {
return HAL_BUSY;
  }
}

赞 1 收藏 25 评论39 发布时间：2016-12-6 21:42

39个回答

any012 回答时间：2016-12-7 09:09:59

感觉HAL库的中断接收不是那么方便。
有时候其他设备发送过来的数据比较快，用HAL库的中断接受的话，会做很多的判断处理，等到回调函数执行的时候，有可能下个数据就快来了。

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sgsong 回答时间：2017-10-16 11:53:56

/**
  * @brief  Sends an amount of data in non blocking mode.
  * @param  huart: pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
  *             the configuration information for the specified UART module.
  * @param  pData: Pointer to data buffer
  * @param  Size: Amount of data to be sent
  * @retval HAL status
  */                串口中断发送，以中断方式发送指定长度的数据。
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
  /* Check that a Tx process is not already ongoing */
  if(huart->gState == HAL_UART_STATE_READY) 如果串口空闲，则执行以下语句。
  {
if((pData == NULL ) || (Size == 0U))    如果发送数据为空或者发送长度为0，则返回错误。
{
   return HAL_ERROR;
}

/* Process Locked */
__HAL_LOCK(huart);             上锁。

huart->pTxBuffPtr = pData;             结构体变量 huart 的参数设置。发送缓冲区，发送长度，发送计数器。
huart->TxXferSize = Size;
huart->TxXferCount = Size;

huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
huart->gState = HAL_UART_STATE_BUSY_TX;          状态设为发送繁忙。

/* Process Unlocked */
__HAL_UNLOCK(huart);             解锁。

/* Enable the UART Transmit data register empty Interrupt */
SET_BIT(huart->Instance->CR1, USART_CR1_TXEIE);             使能UART发送数据寄存器空中断，则会触发串口中断（发送中断）。

return HAL_OK;
  }
  else             如果串口忙，则返回忙状态。
  {
return HAL_BUSY;
  }
}

有个疑问，这个代码发送时，给整个串口上锁了（不是串口发送上锁），如果配置为全双工，这时中断接收数据怎么办？数据来时，串口一直处于忙的状态，数据量大时，数据会不会丢失？这种情况应该就不是全双工了。没找到同时收发数据的官方例程，都是一发一收的。

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any012 回答时间：2016-12-7 09:49:14

本帖最后由 any012 于 2016-12-7 09:53 编辑

cuyebiren 发表于 2016-12-7 09:19
( }' C( t W( @9 R4 Z* t( ?你可以测试一下，以 115200 波特率或更高长时间测试，看看会不会出现这种情况。。。或者使用 DMA 方 ...

我的这里要求比较特殊。
stm32的spi作为从设备，中断接收。接收过来的帧信息是固定帧首固定长度，于是我再接收完成回调函数里判断帧首，然后再调用中断模式的接收函数，使设备不断处于接收状态。
结果，接收的数据不对，后来逐步排查，发现是接收完一个数据后，调用中断模式接收函数，但再次中断时，直接进入了overrun错误处理。应该是发送过来的数据太快，处理的太慢了。
主设备用的也是stm32，硬件spi，256分频。
除了接收部分，同时我也要发送数据。开始想在中断接收的回调函数里，调用普通的发送函数，可这个函数的第三个参数是超时判断用的，如果我接收的数据是帧尾，回调函数里我要发送下一个发送帧的帧首，但下一帧信息什么时候来，这个不确定。而一旦超时，就自动关断SPI中断及SPI了。

以上问题，我最后在工程里，按标准库的方式写，通过了。

另一个问题是串口中断接收，是作为modbus从设备的，这个不要求接收的同时再发送数据了。但来的每帧信息，里面各数据之间的间隔很短。
我之前从论坛找了个其他网友分享的标准库版modbus文件，挺好用的。改用HAL库没调成功，感觉还是接收到一个数据后，要判断处理的太多。

目前HAL库的教程，只找到了硬石科技的STM32F103的教程，正点原子的也有一般STM32F4的HAL教程。
但两个教程里，貌似都没有接收中断这类的例子。
原子的教程，sys文件夹下串口部分，貌似也是按类似标准库的方式处理的。

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