HAL驱动的串口编程陷阱

7 H3 _8 \- A# {. w+ a' Q$ q+ jSTM32远程升级（基于串口本地升级与WiFi通信远程升级）



串口是嵌入式开发中最常前的外设设备，既可以用作不同单片机之间的通信，也可以用作在STM32 MCU和PC机之间的通信，STM32F407的串口功能非常强大，可以接红外，可以接流控，也可以接SIM卡接口，但我这里只介绍我们最常用的UART通信的一点调试经验，以STM32F407为例，对其它STM32芯片也适用，希望对大家有所帮助，如有错误不当之处欢迎大家联系指正。
5 ^% x" S( D# F6 ~. d
一、串口的三种工作方式
4 S$ p! r" q( P操作串口一般有两种方式：查询和中断；STM32还支持第三种DMA方式。
6 r: a& @/ H, e（1）查询：串口程序不断地循环查询标志，看看当前有没有数据要它传送或接收。如果有的话进行相应的写操作和读操作进行传送或接收数据。
$ i# d- F5 R. a! l4 u- O（2）中断：平时串口只要打开中断即可。如果发现有一个中断来，则意味着有数据需要接收（接收中断）或数据已经发送完成（发送中断）。
（3）DMA方式，设置好DMA工作方式，由DMA来自动接收或发送数据。
/ h% Y' m+ P  s1 ]( y9 m7 O0 `( N; e一般来说，查询方式的效率是比较低的，并且由于STM32的UART硬件上没有FIFO，如果程序功能比较多，查询不及时的话很容易出现数据丢失的现象， 故实际项目中这种方式用的并不多。
# a7 ?; z% ?0 g! J) B+ p中断方式的话我们可以分别设置接收中断和发送中断，当串口有数据需要接收时才进入中断程序进行读读操，这种方式占用CPU资源比较少，实际项目中比较常用，但需要注意中断程序不要太复杂使执行时间太长，如果执行时间超过一个字符的时间的话也会出现数据丢失的现象，这个波特率比较高的串口编程中比较容易出现，可以考虑用循环BUF方法，在中断程序中只负责实时地接收实数数和发送时的填数（写发送寄存器），其它操作放在中断外处理。
STM32还提供了第三种DMA方式用来支持高速地串口传输。这种方式只要设置好接收和发送缓冲位置，可以由DMA来自动接收和发送数据，这可以最小化占用CPU时间。

二、串口的使用步骤
' Q6 {7 m2 d5 g" q  [( I（1）中断方式
$ V( D. [6 G. N; q基本步骤是初试化时钟，脚位、波特率设置、安装中断服务程序、开中断等，参考代码如下：
# A0 X) ?4 t7 F& ]
, Q) \  B* l% b2 a- [- f% i

1. void uart_init(void)
   
2. {
   
3.    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
   ) g1 ~6 }0 ~8 Y) B) H: t' e2 p
4.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
5.   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
   
6.    
   
7.   /* Enable GPIO clock  */
   
8.    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
   : T: J1 Z/ A+ A% k
9.   
   / V& L( y' a1 A( K% F6 F/ \, G
10.    /* Enable USART clock */
    
11.    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
    ) I& h5 U; n. ]( a, P" a  u
12.   
    . R. O; @: q7 L! Z; ]- {
13.    /* Connect USART pins to AF7 */
    
14.    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART3);
    
15.   GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11,  GPIO_AF_USART3);
    : f  J7 B# G4 h
16.    
    
17.   /* Configure USART Tx and Rx as  alternate function push-pull */
    * y/ ^* H7 z/ o2 z- W) y
18.    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    ) f# f% W- p& B1 [5 `; g  ?
19.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =  GPIO_Speed_100MHz;
    6 q. X4 U# {& t8 C$ Z( U
20.    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    , r( u1 J9 q2 K* v, D
21.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd =  GPIO_PuPd_UP;
    " r! g: O+ p4 i/ E$ |
22.    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    ' k& {6 w* v: \' ]/ O* V1 m  A
23.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
24.    
    ) n# y* v6 O# o+ f+ t: T
25.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_11;
    ) o  J; r5 \+ f/ Q
26.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
27.   /*  USARTx configuration  ----------------------------------------------------*/
    
28.   /* USARTx configured as follow:
    
29.         - BaudRate = 3750000 baud
    ( d! m! h- ?4 @
30.   - Maximum BaudRate that can be achieved when  using the Oversampling by 8
    9 U, m* \. Y0 R& Y( I
31.      is: (USART APB Clock / 8)
    9 r3 @8 s+ j6 m- ?
32. Example:
    9 B/ c! }6 F5 Y, c, F7 k
33.    - (USART3 APB1  Clock / 8) = (30 MHz / 8) = 3750000 baud
    
34.    - (USART1 APB2 Clock / 8) = (60 MHz / 8) = 7500000  baud
    
35.   - Maximum BaudRate that can  be achieved when using the Oversampling by 16
    0 u% C9 D  V/ ]/ ~7 Y
36.     is: (USART APB Clock / 16)
    4 m% ]! z; E% J. a# a
37. Example: (USART3 APB1 Clock / 16) = (30 MHz / 16)  = 1875000 baud
    
38. Example: (USART1  APB2 Clock / 16) = (60 MHz / 16) = 3750000 baud
    
39.         - Word Length = 8 Bits
    
40.         - one Stop Bit
    
41.         - No parity
    # u, t7 \% b; y9 ]5 e
42.         - Hardware flow control disabled (RTS and  CTS signals)
    
43.         - Receive and  transmit enabled
    " u9 m" G2 L  E  o  P( V7 j
44.    */
    2 e# p5 [! H& K
45.    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    
46.   USART_InitStructure.USART_WordLength =  USART_WordLength_8b;
    
47.    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    ) l% E$ B0 n: m. u, m
48.   USART_InitStructure.USART_Parity =  USART_Parity_No;
    
49.    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
    
50.    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    
51.   USART_Init(USART3,  &USART_InitStructure);
    1 }/ _1 B' O7 d: t: l' k
52.    
    
53.   /* NVIC configuration  */
    
54.   /* Configure the Priority  Group to 2 bits */
    
55.    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
56.   
    
57.    /* Enable the USARTx Interrupt */
    ! U( k  }& m, P
58.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
    % ~" K% q8 _: R
59.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    
60.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =  0;
    
61.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    
62.    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
63.   
    5 l! e# F% g3 o9 d! A9 D  K6 f- U
64.   /* Enable USART  */
    
65.   USART_Cmd(USART3,  ENABLE);
    ) O+ C$ q: [  s- p8 e
66.   USART_ITConfig(USART3,  USART_IT_RXNE, ENABLE);
    
67. }
    

复制代码

中断服务程序如下：

1. void USART3_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3. unsigned char ch;  
   1 }; r2 O. ~* w! N$ o0 T$ c* E; H
4. if(USART_GetITStatus(USART3,  USART_IT_RXNE) != RESET)
   ' y+ x6 `. k8 s& V" S6 Y9 L
5.    {
   
6.     /* Read one byte from the  receive data register */
   ) I) c) b  V. k, k& r; R0 r
7.     ch =  (USART_ReceiveData(USART3));
   3 z# o5 ^) i2 m' V! s
8. 
   3 a+ s  {; ?  e# Z& \7 A; H: O
9.      printf("in[%c].\r\n",ch);
   
10.   }   
    . s' Z9 r) r& R( q  _1 o
11. }

复制代码

直接把接收到的字符打印出来。
! E1 E; Y& V+ o2 V
（2）DMA方式
基本步骤同中断方式，额外需要DMA的初始化配置，参考代码如下：

1. void  uart_init(void)
   3 ?& z  F: X! e- H; S" o
2. {
   & L/ w( O1 c/ x+ L6 v
3.   USART_InitTypeDef  USART_InitStructure;
   
4.    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
5.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.   DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
   
7.   
   - B, s! V- z! m4 G! D* I
8.    /* Enable GPIO clock */
   2 `/ S1 U: }+ J; i. x/ o
9.    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
     B& I. ^" V/ r; i3 \8 [
10.   
    , n& \, |2 }! p: L7 ^8 k, ~* J
11.    /* Enable USART clock */
    
12.    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
      S0 L9 `1 B9 A# q8 C8 o
13.   
    
14.    /* Connect USART pins to AF7 */
      V' p. w% s$ D/ C4 Y
15.    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART3);
    , |) u* u! y$ |1 h! ]$ C% m0 ?
16.   GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11,  GPIO_AF_USART3);
    5 R* f5 T6 b/ y; H
17.    
    & `/ w; ~" w' i: k) u: ?
18.   /* Configure USART Tx and Rx as  alternate function push-pull */
    
19.    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    6 I  E. r+ A! F/ U; {
20.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =  GPIO_Speed_100MHz;
    
21.    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    ) g$ z! X0 t7 J1 Q( h
22.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd =  GPIO_PuPd_UP;
    
23.    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    
24.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
25.    
    , J. Z; U- X( m! _) E
26.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_11;
      m6 z' C8 H% g: I: p. Y# `
27.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    , c/ b2 P$ X* F1 C: T
28.   /*  USARTx configuration  ----------------------------------------------------*/
    6 r5 v: n" H1 ]7 f0 K# Z* G0 z
29.   /* USARTx configured as follow:
    
30.         - BaudRate = 3750000 baud
    1 p8 T! P( U" G, T
31.   - Maximum BaudRate that can be achieved when  using the Oversampling by 8
    
32.      is: (USART APB Clock / 8)
    5 h2 `" A. y8 K( T4 [
33. Example:
    - Z& d; `! u, I, y
34.    - (USART3 APB1  Clock / 8) = (30 MHz / 8) = 3750000 baud
    0 J" d9 y/ p; f; H8 y
35.    - (USART1 APB2 Clock / 8) = (60 MHz / 8) = 7500000  baud
    1 N: q7 D4 j+ B1 n" }$ f
36.   - Maximum BaudRate that can  be achieved when using the Oversampling by 16
    
37.     is: (USART APB Clock / 16)
    # T; W; f7 F; ^' \! b! n
38. Example: (USART3 APB1 Clock / 16) = (30 MHz / 16)  = 1875000 baud
    : H$ s) F# L# G. P) n8 U
39. Example: (USART1  APB2 Clock / 16) = (60 MHz / 16) = 3750000 baud
    6 h7 A" S! q. T4 c% l
40.         - Word Length = 8 Bits
    % v8 G$ v* E- W1 ~6 z' b
41.         - one Stop Bit
    7 d4 s3 e/ d% d7 p' l
42.         - No parity
    ' i% p. W& [6 C9 S: _9 M
43.         - Hardware flow control disabled (RTS and  CTS signals)
    
44.         - Receive and  transmit enabled
    
45.    */
    . u( ]7 @8 `' t/ ^1 `
46.    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    3 D$ ]& U0 b3 [  i+ r' a) y
47.   USART_InitStructure.USART_WordLength =  USART_WordLength_8b;
    
48.    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    
49.   USART_InitStructure.USART_Parity =  USART_Parity_No;
    3 v  t) J2 E* Z2 z
50.    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
    ) i) @' W5 G* `9 `" t% s" p
51.    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
      C) {- t' D) z2 N5 Y
52.   USART_Init(USART3,  &USART_InitStructure);
    : k7 z+ v, Z: U) B9 B
53. 
    " m# l; {% n% t5 q! w
54. /*  DMA_Configuration */
    
55.    DMA_DeInit(DMA1_Stream1);
    
56.    
    
57.   DMA_InitStruct.DMA_Channel =  DMA_Channel_4;   
    
58.    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr =  (u32)&USART3->DR; //source  buf
    $ F. B- j. R2 M
59.    DMA_InitStruct.DMA_Memory0BaseAddr = (u8)pdata; //target buf
    
60. 
    
61.   DMA_InitStruct.DMA_DIR =  DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    
62.    DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = lenght;  //BuffSize;
    
63.   DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc =  DMA_PeripheralInc_Disable;
    - m# K5 J. o$ w4 e! S  |
64.    DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    / t0 r: M; K. w0 D6 z& C
65.   DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize =   DMA_PeripheralDataSize_Word;
    # r" y  P2 p5 w5 n
66.    DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize =  DMA_MemoryDataSize_Byte;
    2 D, h; l" G! C0 V0 A  l* X% F7 G
67.   DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;  //DMA_Mode_Normal;
    
68.    DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    ! k- ]3 {* _$ M2 @8 ~/ E/ V
69.   DMA_InitStruct.DMA_FIFOMode =  DMA_FIFOMode_Disable;
    # M, w5 L+ _# Y5 R' t9 V2 [
70.    DMA_InitStruct.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
    
71.   DMA_InitStruct.DMA_MemoryBurst =  DMA_MemoryBurst_Single;
    
72.    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
    
73.   DMA_Init(DMA1_Stream1,  &DMA_InitStruct);
    
74. 
    % @) Q0 {4 B* E  j3 [
75.   /* NVIC configuration  */
    
76.   /* Configure the Priority  Group to 2 bits */
    9 I' k' }/ N* v3 J4 M: O: Q
77.    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    & a% l) w, O, n% E, S5 |
78.   
    
79.    /* Enable the USARTx Interrupt */
    
80.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream1_IRQn;  
    
81.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    ! B6 g% {) M; C
82.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =  0;
    % M' s3 X3 ]9 x# \/ N8 `
83.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    ; R& i' c" c) \( e/ L4 ]
84.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
    2 W0 k! b$ I+ D0 a# D
85. 
    / T; l6 p9 j$ T
86.   /* Open DMA  interrupt*/
    " n) O; ^. S) P" d9 Y& D
87.    DMA_ITConfig(DMA1_Stream1, DMA_IT_TC, ENABLE);
    4 u; {! C0 m" d' R( Z  a
88.   DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);
    
89.   USART_Cmd(USART3, ENABLE);
    
90.    USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);
    
91. }

复制代码

DMA中断服务程序如下：
4 J; W9 B1 K# z6 q( Y( w/ j  R$ [1 l

1. void DMA1_Stream1_IRQHandler(void) //UART3_RX
   
2. {
   
3.      static short i;
   
4. 
   
5.     //When a  Transfer Complete
   6 b9 i6 M( }0 e0 \+ H5 ^: C# i  F
6. if(SET ==  DMA_GetITStatus(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1))
   
7. {
   ; f4 ~+ z. x" {0 S3 |: i
8. DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1);
   + [5 r: K" r3 ?
9. i++;
   
10. }
    
11. }

复制代码

; o* X1 `1 E- A, {上面程序只配了DMA接收，发送类似。
7 I; X: ^+ F  L) F! p$ {

三、实现DMX512协议
* _# n3 j% w1 z# A6 c! \DMX512 协议是美国剧场技术协会( United States Institute for Theater Technology,  USITT) 制定的数字多路复用协议, 其制定的初衷是为了使舞台、剧场等地所使用的众多的调光器和控制器能相互兼容。虽然它不是一个行业或国家标准, 但是由于它的简单性和实用性, 自从出台以来, 得到了世界各地生产商和使用者普遍承认，这个协议在LED控制方面应用很广泛，利用STM32 USART可以高速传输的特性，我们很容易用STM32来实现DMX512协议。
% O# }8 s1 Z1 I0 q4 u（1）数据的格式及传输
- c2 O. H( D$ C! S  h0 TDMX512  协议规定数据以数据包的形式通过异步通讯的方式进行传输。每个数据包由若干数据帧组成, 每帧数据包括1 位低电平起始位、8 位数据位和2 位高电平停止位。DMX 协议要求数据传输的波特率为250kb/s, 亦即每位的传输时间为4us, 每帧数据的传输时间为44us, 它支持多达512 帧数据传输, 每帧数据与相应的控制支路相对应。数据包的传送要符合一定的格式和时序要求。为了使接收器能够分辨出第一帧数据, 每一个数据包以一个不短于88us 的低电平信号为起始信号, 即所谓的“Break”信号, 接收器接收到“Break”信号就准备接受随后而来的数据帧; 紧接着“Break”信号之后是不短于8us 的高电平信号M. a. b ( Mark after  Break) ; 之后就是数据帧。在DMX512 协议中, M. a. b 之后的第一帧数据被称
% E6 V9 m, K; U6 e: j: m) ?- W为“Star-t code”, 在协议中规定其为零, 但在实际应用中可以由生产厂家自己确定其具体的值,  以传递特殊消息。“Star-t  code”标明其后面的数据是8  位控制信号数据帧。数据帧之间可以有时间间隔, 也可以没有;  同样, 数据包之间可以有时间间隔, 也可以没有。DMX512 协议规定“Break”信号、M. a. b 信号的最短时间, 并规定“Break”信号、M. a. b 信号、
" L. O3 x/ g0 A9 X数据帧之间及数据包之间的时间间隔的最大值不得超过1s, 否则做出错处理, 但是DMX512 协议并未对出错处理做任何规定。为了严格实现DMX512  数据的时序要求，“Break”和M.  a. b信号我们可以用定时器来实现。
具体的UART配置如下：
  

1. USART_InitStructure.USART_BaudRate =  250000;
   % W" f! }4 I! L& b
2.    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
   
3.   USART_InitStructure.USART_StopBits =  USART_StopBits_2;
   0 v& }8 r# e5 t/ l
4.    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
   
5.   USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
   5 `. z9 t9 E7 ^( ~: L4 x% W
6.    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
   % D! r; ~6 Q' r& k  I( }
7.   USART_Init(USART1,  &USART_InitStructure);

复制代码

( D- }" y. g; D9 T$ C, y' x8 p发送DMX512信号过程如下，先把UART的TX脚配置为普通的GPIO并输出低电平，然后启动定时器计时88us,  时器到后把TX脚置为高电平并计时8us, 时器到了后在配为UART模式用DMA方式把数据发出。
  O5 Q5 N4 v- R! x8 a/ r0 u7 TDMX512信号的接收是个难点，一般直接配为UART接收就行，不需要在UART模式和GPIO模式间切换，但需要在接收过程中检查接收到“Break”信号时的状态是有帧错误出现，并且接收数据全为零，这样的话可以确认已经收到“Break”信号，随后数据正常DMA接收就行了。
" `7 j. O$ g! G
! z8 T$ L+ W0 [8 V" l# s8 E

很全哦。。。

串口编程，我的经验是：
, ]1 n8 }! Z* h* j$ s1. 使用已经调试好的例程，特别是参考官方例程包。
2. 使用KEIL的RTE配置串口，很好用。
4 u$ W! c+ p8 u. S% {, X6 j: M% G3. 使用CubeMX配置串口，也很好用。

谢谢分享！！