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STM32使用DMA接收串口数据

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STMCU小助手 发布时间:2021-7-20 13:35
01概述
  l" P2 e# z) c! ?在之前的文章里《STM32串口详解》和《STM32 DMA详解》文章中,详细讲解了STM32的串口和DMA外设,本篇文章将不在细述串口和DMA的知识。
9 w+ z+ x9 u4 W' m3 q& @) T在串口讲解的文章中,示例代码采用中断方式接收和发送数据,中断的好处在于可以及时响应,快速接收到数据,但缺点也很明显,那就是频繁中断,接收1000个字节需要中断1000次,频繁中断就意味着会打断其他代码的执行,对一些应用场景是不允许的。这个时候,使用DMA+串口的组合就可以很好解决这个问题。% f+ m$ s2 Z5 l/ X2 Y
1.jpg
# {) S. D4 k+ c5 }& I8 bDMA每个数据流有8个通道,每个通道映射到不同外设,这有利于针对不同的产品配置不同的DMA外设请求。. g3 O2 Q) @7 F
每个数据流只能配置为映射到一个通道,无法配置为映射到多个通道。即,与数据流不同,每个DMA控制器可以同时配置多个数据流(因为有仲裁器),但每个数据流不能同时配置多个通道(因为只有选择器)。
3 z( |3 q  M$ f1 h. N2 o& f我们使用USART1串口外设,从数据手册中可以查到,USART1的发送和接收都是支持DMA的,使用的是DMA2.( i) \% l0 I) f+ d5 Z) {
2.jpg / q" C7 }3 ~: ?7 Y) K4 f
接下来我们循序渐进了解DMA在串口中的应用
- W( x6 z  y8 W2 I2 O, f2 d7 f1 o2 @
3 q* A" o" Q+ X8 Z& b8 ]5 C
02DMA接收& y+ F. A" R6 V# k, x
我们先配置DMA,将DMA外设和串口联动起来。首先需要配置DMA。
/ O3 o2 X- ~" S& }DMA配置这一块不再详解,不太懂的同学请看文章《STM32DMA详解》,这里我们直接贴代码。
: N  r0 D3 S" b0 a6 x& S" c* E
  1. <font face="微软雅黑" size="3">void DMA_Config(void)! m5 g  L  m8 E4 d: _
  2. {
    ) S$ k* f/ C8 s2 V' g
  3.   DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;; W# t! d) m& }- h
  4.     1 Y" S4 T* e' v
  5.   /* Enable DMA clock */
    + @5 V# w3 m/ H. O) X0 ^: l- b2 I' E
  6.   RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2, ENABLE);/ H) a; v4 K- s+ G- s- z
  7.   & w, Q7 ?4 U7 X! R- j1 C7 b0 q
  8.   /* Reset DMA Stream registers (for debug purpose) */
    + R, w3 y- U: b8 A. g" m
  9.   DMA_DeInit(DMA2_Stream2);
    + U$ s7 X0 ]; N: `8 q# h- d/ O
  10. 2 C0 A* a% {9 f  P
  11.   /* Check if the DMA Stream is disabled before enabling it.
    - p$ e! F& \$ L) g. H
  12.      Note that this step is useful when the same Stream is used multiple times:
    6 }( n* e2 J1 [* i& T  I5 W
  13.      enabled, then disabled then re-enabled... In this case, the DMA Stream disable
    6 i  U) b: X: a' D  e; S' k
  14.      will be effective only at the end of the ongoing data transfer and it will , d) X2 M# J+ L6 g8 h3 `/ A/ p
  15.      not be possible to re-configure it before making sure that the Enable bit
    & x  C  }$ }/ L
  16.      has been cleared by hardware. If the Stream is used only once, this step might / |0 S" V. U2 G9 y# {$ o9 d
  17.      be bypassed. */
    2 t' @2 s8 g$ i) n5 j
  18.   while (DMA_GetCmdStatus(DMA2_Stream2) != DISABLE)
    / [" d- P; R1 }! m0 d
  19.   {
    * A/ ]1 p' r3 h& C4 R# [1 y
  20.   }. w. `. ?8 E) S7 ~
  21.   5 }7 ]3 d& p3 N* B: N7 V7 L/ ?
  22.   /* Configure DMA Stream */
    9 h: _  b, x# K' p
  23.   DMA_InitStructure.DMA_Channel = DMA_Channel_4;  //DMA请求发出通道
    / m& i" y$ V9 M, p. y8 n
  24.   DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR;//配置外设地址) S' a7 ~+ V2 j0 ]
  25.   DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)UART_Buffer;//配置存储器地址& H: v9 U2 r& D5 E, [  L7 l3 Y
  26.   DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;//传输方向配置+ t' E. O' z% g$ m% \9 g: j" m
  27.   DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = (uint32_t)32;//传输大小
    + {$ {5 Y' r' I; J7 L7 R
  28.   DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设地址不变+ k! R2 R! U+ X* n( F
  29.   DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//memory地址自增
    + G+ R0 Z7 B" g3 Y
  30.   DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设地址数据单位
    : X9 `( M# D( i& Q( a
  31.   DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;//memory地址数据单位- U% m# i) B0 }: A
  32.   DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;//DMA模式:正常模式
    1 M) k0 O6 {& T6 u1 G; |6 z; x5 q
  33.   DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;//优先级:高& H/ R9 R) k: B+ k" d8 p
  34.   DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;//FIFO 模式不使能.         
    & O6 L' d: |7 [8 I
  35.   DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;// FIFO 阈值选择6 p4 }# p. \1 }. F
  36.   DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;//存储器突发模式选择,可选单次模式、 4 节拍的增量突发模式、 8 节拍的增量突发模式或 16 节拍的增量突发模式。
    2 V/ k8 g# ]- S2 @7 |
  37.   DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;//外设突发模式选择,可选单次模式、 4 节拍的增量突发模式、 8 节拍的增量突发模式或 16 节拍的增量突发模式。! R2 _; O3 D2 L) v3 m
  38.   DMA_Init(DMA2_Stream2, &DMA_InitStructure); 1 F$ p$ t; l2 U, T
  39.   
    - |$ B; N* M  C: m1 T1 l: X, \
  40.   /* DMA Stream enable */! i% X. P0 B) R" _/ \" e2 `* j& x& X6 ~
  41.   DMA_Cmd(DMA2_Stream2, ENABLE);( ]; _1 c$ V, l- J8 T
  42. }</font>
复制代码
除了配置DMA外设外,我们还需要配置串口对应的DMA配置,在手册有一小章节讲解到。
. Z  s: i( Y% Q 3.jpg 7 ?( k1 o8 `% M/ Z/ y4 Z5 V  r7 |; r0 h
需要配置的寄存器是USART_CR3寄存器。. X: x$ o5 V* H% y3 _* U
4.jpg
/ P2 A  R' V: A我们可以通过配置USART_CR3寄存器的bit6和bit7使能串口发送和接收DMA。ST的标准外设库同样提供了对应的外设库。
# ]* I) h) ^4 g
  1. <font face="微软雅黑" size="3">void USART_DMACmd(USART_TypeDef* USARTx, uint16_t USART_DMAReq, FunctionalState NewState)</font>
复制代码
通过上面接口可以配置串口的DMA配置如下:
6 k) c0 B, P# m9 `  G$ D
  1. <font face="微软雅黑" size="3">/*使能串口DMA接收*/) o# X4 }% }2 r. l% g  F' n$ I0 Q
  2. USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx, ENABLE);</font>
复制代码

! |4 K8 T- w2 @; q. i- L
1 l( Q: ~9 b, _. D+ `! _3 L
03中断
! p# c. X: p  X% z+ [1 T5 g我们使用DMA+串口解决了频繁中断的问题,但现在有一个问题,我们还需要及时将接收的数据信息通知CPU,以便达到数据的及时性。我们使用DMA和串口两个外设,他们都有自己的中断。
1 m+ P+ n! }. B$ m% V* J使用DMA中断,如下配置
# a& \  v0 ?% k' ^' c* P7 l: i  d1 a! f0 h7 Y. u" s
  1. <font face="微软雅黑" size="3">/* Enable DMA Stream Transfer Complete interrupt */8 C$ _% Q0 V, H/ u3 ]# L! n" q8 m# i
  2. DMA_ITConfig(DMA2_Stream2, DMA_IT_TC, ENABLE);
    5 V3 m0 H: ~; n
  3.   & h! A( L; }% o5 Q
  4. /* Enable the DMA Stream IRQ Channel */
    ' u4 @5 E, I% H- t, |: X
  5. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA2_Stream2_IRQn;
    - V7 c3 r. G. q- v+ Z6 ~
  6. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;' o' c  \+ x0 b! d/ Z) J* D$ ^
  7. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    % X" f+ B! P4 m' i2 D% y
  8. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;+ m1 `8 r8 I8 b% t) K, M
  9. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);</font>
复制代码
当DMA接收完毕时,会产生中断通知CPU取数据。
$ ]+ w) n' P5 C3 d但这有个明显的缺陷:串口接收一包数据,长度如果小于DMA的缓冲长度,那么久不能触发中断,只能等DMA接收满数据才会产生中断,如果下一包数据迟迟不来,那么这一包就不能被及时响应。
. k; K3 m, U2 a那么我们采用串口中断是一个不错的方案。串口提供了一个空闲中断,“似乎”就是为了DMA专门使用的。
  n3 C  L6 ^6 c5 R- { 5.jpg + S( ~/ I* A* W6 m4 ], ~
当串口接收一包数据,接收完最后一个字节,没有数据接收时,会产生一个中断,这个时候,CPU就可以取数据。1 w8 {$ b1 ?/ Y0 ]& I0 u
串口的配置知识不再讲解,不太懂的同学请看《STM32串口详解》,串口空闲中断配置如下  p1 @0 s7 g+ s1 q4 F6 n7 z; I

9 [! w! Z; I! D$ a# \. K2 C7 l
  1. <font face="微软雅黑" size="3">USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);
    7 {; o( C$ x2 M( [
  2.   - k7 W7 v; w8 t& Q, X) \) e* t4 T
  3. /* Enable the USARTx Interrupt */9 l  G$ E0 C& a+ A6 h
  4. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;0 ], q4 y% |3 |' [& v- Y% K2 ]/ H
  5. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority =0;7 n7 c% }( ~( I
  6. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;4 {3 O  i- _0 [  ]" T
  7. NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;7 M0 n4 s5 n! d2 B1 b: Q
  8. NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);</font>
复制代码
串口中断代码如下" u' c% r5 g  w
  1. <font face="微软雅黑" size="3">void USART1_IRQHandler(void)' E0 g- a! t9 o, T9 m
  2. {
    / A" I4 g) g5 ^4 f4 A0 l$ S
  3.   uint8_t temp;4 {( U5 j/ M  x9 T4 Y" W" V3 U
  4.   if(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_IDLE) == SET)
    2 R! t9 ^/ Q4 @- I9 m
  5.   {: A1 j. x  @/ C  X9 Y- Q
  6.     DealWith_UartData();
    # k2 N+ x- P+ k* g9 ^
  7. //    USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_IDLE);8 E. y4 c8 C  Q) `3 K1 z' x* _' `) w
  8.     temp = USART1->SR;  
    " B7 G+ \5 K/ c/ L+ G
  9.     temp = USART1->DR; //清USART_IT_IDLE标志  
    $ N/ B+ M: F! N* H' U' N9 P! v/ P
  10.   }; M& K0 R* A6 t/ E( f
  11. }</font>
复制代码
重点:这里有一个坑!!!/ ~' b$ a5 C& _) \) K. R
清除空闲中断位的代码是
2 i1 k; e6 P! Q5 C9 P
  1. <font face="微软雅黑" size="3">temp = USART1->SR;   
    ) F0 U# B8 `6 p! E/ h5 l) N
  2. temp = USART1->DR; //清USART_IT_IDLE标志</font>
复制代码
证据如下
: |: \0 m# v( T% G. ^ 6.jpg
5 z, Q: i( O" y这一点很坑人,注意。+ G" F1 I7 F7 P# R7 f- B' j; _

' p$ @5 z( A5 q: U( w2 M
! ]( `; P' k# @4 Z
04代码
1 E( i0 ?0 L$ M) `5 \DMA+串口接收的工程代码是开源的,Keil和IAR的工程都有" Z& c* s7 [+ N# g$ X0 l
7.jpg
  _; R* c9 n6 P" V, U6 [0 r33-USART-DMA-Receive         DMA串口接收(没有使用中断)
! |9 l: N, \: G# E8 u- t- w* U34-USART-Receive-DMAInterrupt DMA串口接收(DMA中断)
6 ]" _/ u/ F/ o  O5 d35-USART-DMA-Receive-Interrupt DMA串口接收(串口空闲中断)/ [* |' |8 _/ C( r. n8 G+ k4 @
" R# M3 A4 ~& g5 ?2 e
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