【经验分享】STM32单片机串口空闲中断+DMA接收不定长数据

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STMCU小助手发布时间：2022-3-21 13:41

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文章简介:	STM32单片机串口空闲中断+DMA接收不定长数据

利用串口空闲中断接收不定长数据，这种方式有一个问题就是串口每接收到一个字节就会进入一次中断，如果发送的数据比较频繁，那么串口中断就会不停打断主程序运行，影响系统运行。那么能不能在串口接收数据过程中不要每接收一个数据中断一次，只有在一帧数据接收结束完成后只中断一次？

用串口的空闲中断加上DMA功能，就可以实现每帧数据接收完成后只中断一次，而在数据接收过程中，由DMA存储串口接收到的每个字节。

关于串口的空闲检测和DMA在STM32参考手册中有详细介绍。

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下面看如何初始化串口空闲中断和 DMA。

void uart2_init( u16 baud )
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //推挽复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init( &NVIC_InitStructure );
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_Init( USART2, &USART_InitStructure );
#if (UART2_DMA == 1)
USART_ITConfig( USART2, USART_IT_IDLE, ENABLE ); //使能串口空闲中断
USART_DMACmd( USART2, USART_DMAReq_Rx, ENABLE ); //使能串口2 DMA接收
uartDMA_Init(); //初始化 DMA
#else
USART_ITConfig( USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE ); //使能串口RXNE接收中断
#endif
USART_Cmd( USART2, ENABLE ); //使能串口2
//RXNE中断和IDLE中断的区别？
//当接收到1个字节，就会产生RXNE中断，当接收到一帧数据，就会产生IDLE中断。比如给单片机一次性发送了8个字节，就会产生8次RXNE中断，1次IDLE中断。
}

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为了方便对比空闲中断和DMA与常规串口设置的差别，这里用了一个宏定义UART2_DMA来设置是否需要开启空闲中断和DMA，如果宏定义UART2_DMA值为1，那么就初始化空闲中断和DMA。这里要将UART2_DMA设置为1，需要开启串口2的IDLE中断，使能串口2的DMA功能，然后初始化 DMA。

void uartDMA_Init( void )
{
DMA_InitTypeDef DMA_IniStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE ); //使能DMA时钟
DMA_DeInit( DMA1_Channel6 ); //DMA1通道6对应 USART2_RX
DMA_IniStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ( u32 )&USART2->DR; //DMA外设usart基地址
DMA_IniStructure.DMA_MemoryBaseAddr = ( u32 )dma_rec_buff; //DMA内存基地址
DMA_IniStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //数据传输方向，从外设读取发送到内存
DMA_IniStructure.DMA_BufferSize = DMA_REC_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小也就是 DMA一次传输的字节数
DMA_IniStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
DMA_IniStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //数据缓冲区地址递增
DMA_IniStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //外设以字节为单位搬运
DMA_IniStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据缓冲区以字节为单位搬入
DMA_IniStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常缓存模式
DMA_IniStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x拥有中优先级
DMA_IniStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init( DMA1_Channel6, &DMA_IniStructure );
DMA_Cmd( DMA1_Channel6, ENABLE );
}

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将 DMA的外设地址设置为串口2的数据寄存器 USART2->DR，DMA的内存地址设置为 DMA数据缓存数数组dma_rec_buff。这样当串口2的数据寄存器中有数据后，DMA就会自动将这个数据存储到dma_rec_buff数组中。当串口2的空闲中断出现后，直接去dma_rec_buff数组中读取接收到的数据就行。

下面看串口2的中断执行过程

void USART2_IRQHandler( void )
{
u8 tem = 0;
#if (UART2_DMA == 1) //如果使能了 UART2_DMA 则使用串口空闲中断和 DMA功能接收数据
if( USART_GetITStatus( USART2, USART_IT_IDLE ) != RESET )//空闲中断一帧数据发送完成
{
USART_ReceiveData( USART2 ); //读取数据注意：这句必须要，否则不能够清除空闲中断标志位。
DMA_Cmd( DMA1_Channel6, DISABLE ); //关闭 DMA 防止后续数据干扰
uart2_rec_cnt = DMA_REC_LEN - DMA_GetCurrDataCounter( DMA1_Channel6 ); //DMA接收缓冲区数据长度减去当前 DMA传输通道中剩余单元数量就是已经接收到的数据数量
copy_data( dma_rec_buff, uart2_rec_cnt ); //备份数据
receiveOK_flag = 1; //置位数据接收完成标志位
USART_ClearITPendingBit( USART2, USART_IT_IDLE ); //清除空闲中断标志位
myDMA_Enable( DMA1_Channel6 ); //重新恢复 DMA等待下一次接收
}
#else //如果未使能 UART2_DMA 则通过常规方式接收数据每接收到一个字节就会进入一次中断
if( USART_GetITStatus( USART2, USART_IT_RXNE ) != RESET ) //接收中断
{
tem = USART_ReceiveData( USART2 );
USART_SendData( USART2, tem );
}
#endif
}

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在串口中断中如果检测到了空闲中断标志，说明串口接收一帧数据结束，这时候就关闭 DMA，然后计算DMA缓冲区中接收到的字节个数，将接收到的数据拷贝到备份数组中，然后置位数据接收成功标志最后清除中断标志位，重新启动 DMA，开始进行下一次数据接收。

如果串口数据的接收频率不是很高，在这里也可以不用备份DMA缓存区接收到的数据，备份数据主要是防止，数据接收频率很高，当上一笔数据还没处理完成后，又接收到了新的数据，那么数组中的数据就会被覆盖，可能导致程序异常。所以将处理数据的数组和接收数据的数组分开，可以防止在处理数据过程中数据被改变的情况发生。

下面看一下完整代码

#ifndef __UART2_H
#define __UART2_H
#include "sys.h"
#define DMA_REC_LEN 50 //DMA数据接收缓冲区
void uart2_init(u16 baud);
void uartDMA_Init( void );
void myDMA_Enable( DMA_Channel_TypeDef*DMA_CHx );
void uart2_Send( u8 *buf, u16 len );
void copy_data( u8 *buf, u16 len );
#endif

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//串口2空闲中断 + DMA数据传输
#include "uart2.h"
#define UART2_DMA 1 //使用串口2 DMA传输
u8 dma_rec_buff[DMA_REC_LEN] = {0};
u16 uart2_rec_cnt = 0; //串口接收数据长度
u8 data_backup[DMA_REC_LEN] = {0}; //数据备份
u16 dataLen_backup = 0; //长度备份
_Bool receiveOK_flag = 0; //接收完成标志位
/*
空闲中断是什么意思呢？
指的是当总线接收数据时，一旦数据流断了，此时总线没有接收传输，处于空闲状态，IDLE就会置1，产生空闲中断；又有数据发送时，IDLE位就会置0；
注意：置1之后它不会自动清0，也不会因为状态位是1而一直产生中断，它只有0跳变到1时才会产生，也可以理解为上升沿触发。
所以，为确保下次空闲中断正常进行，需要在中断服务函数发送任意数据来清除标志位。
*/
void uart2_init( u16 baud )
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE );
RCC_APB1PeriphClockCmd( RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //推挽复用模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x02;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init( &NVIC_InitStructure );
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baud;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_Init( USART2, &USART_InitStructure );
#if (UART2_DMA == 1)
USART_ITConfig( USART2, USART_IT_IDLE, ENABLE ); //使能串口空闲中断
USART_DMACmd( USART2, USART_DMAReq_Rx, ENABLE ); //使能串口2 DMA接收
uartDMA_Init(); //初始化 DMA
#else
USART_ITConfig( USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE ); //使能串口RXNE接收中断
#endif
USART_Cmd( USART2, ENABLE ); //使能串口2
//RXNE中断和IDLE中断的区别？
//当接收到1个字节，就会产生RXNE中断，当接收到一帧数据，就会产生IDLE中断。比如给单片机一次性发送了8个字节，就会产生8次RXNE中断，1次IDLE中断。
}
void uartDMA_Init( void )
{
DMA_InitTypeDef DMA_IniStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd( RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE ); //使能DMA时钟
DMA_DeInit( DMA1_Channel6 ); //DMA1通道6对应 USART2_RX
DMA_IniStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = ( u32 )&USART2->DR; //DMA外设usart基地址
DMA_IniStructure.DMA_MemoryBaseAddr = ( u32 )dma_rec_buff; //DMA内存基地址
DMA_IniStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //数据传输方向，从外设读取发送到内存
DMA_IniStructure.DMA_BufferSize = DMA_REC_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小也就是 DMA一次传输的字节数
DMA_IniStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
DMA_IniStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //数据缓冲区地址递增
DMA_IniStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //外设以字节为单位搬运
DMA_IniStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据缓冲区以字节为单位搬入
DMA_IniStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常缓存模式
DMA_IniStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; //DMA通道 x拥有中优先级
DMA_IniStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init( DMA1_Channel6, &DMA_IniStructure );
DMA_Cmd( DMA1_Channel6, ENABLE );
}
//重新恢复DMA指针
void myDMA_Enable( DMA_Channel_TypeDef*DMA_CHx )
{
DMA_Cmd( DMA_CHx, DISABLE ); //关闭DMA1所指示的通道
DMA_SetCurrDataCounter( DMA_CHx, DMA_REC_LEN ); //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA_Cmd( DMA_CHx, ENABLE ); //DMA1所指示的通道
}
//发送len个字节
//buf:发送区首地址
//len:发送的字节数
void uart2_Send( u8 *buf, u16 len )
{
u16 t;
for( t = 0; t < len; t++ ) //循环发送数据
{
while( USART_GetFlagStatus( USART2, USART_FLAG_TC ) == RESET );
USART_SendData( USART2, buf[t] );
}
while( USART_GetFlagStatus( USART2, USART_FLAG_TC ) == RESET );
}
//备份接收到的数据
void copy_data( u8 *buf, u16 len )
{
u16 t;
dataLen_backup = len; //保存数据长度
for( t = 0; t < len; t++ )
{
data_backup[t] = buf[t]; //备份接收到的数据，防止在处理数据过程中接收到新数据，将旧数据覆盖掉。
}
}
//利用空闲中断接收串口不定长数据
//串口接收一组数据结束后才会进入中断,在数据发送过程中,已经接收到的数据将会被存入DMA的缓冲区中
void USART2_IRQHandler( void )
{
u8 tem = 0;
#if (UART2_DMA == 1) //如果使能了 UART2_DMA 则使用串口空闲中断和 DMA功能接收数据
if( USART_GetITStatus( USART2, USART_IT_IDLE ) != RESET ) //空闲中断一帧数据发送完成
{
USART_ReceiveData( USART2 ); //读取数据注意：这句必须要，否则不能够清除空闲中断标志位。
DMA_Cmd( DMA1_Channel6, DISABLE ); //关闭 DMA 防止后续数据干扰
uart2_rec_cnt = DMA_REC_LEN - DMA_GetCurrDataCounter( DMA1_Channel6 ); //DMA接收缓冲区数据长度减去当前 DMA传输通道中剩余单元数量就是已经接收到的数据数量
//uart2_Send( dma_rec_buff, uart2_rec_cnt ); //发送接收到的数据
copy_data( dma_rec_buff, uart2_rec_cnt ); //备份数据
receiveOK_flag = 1; //置位数据接收完成标志位
USART_ClearITPendingBit( USART2, USART_IT_IDLE ); //清除空闲中断标志位
myDMA_Enable( DMA1_Channel6 ); //重新恢复 DMA等待下一次接收
}
#else //如果未使能 UART2_DMA 则通过常规方式接收数据每接收到一个字节就会进入一次中断
if( USART_GetITStatus( USART2, USART_IT_RXNE ) != RESET ) //接收中断
{
tem = USART_ReceiveData( USART2 );
USART_SendData( USART2, tem );
}
#endif
}