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……

( S+ h; I1 `0 c, Z# N( d! g

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。

. d7 g' r& e" ?0 P, n+ s! Z- i$ L

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；4 Z1 g; }6 e2 H; d) I

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。

. w" Q# {: C# K6 N" a6 k+ Z

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；9 W0 t. M9 O7 Y! Z

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。

$ o: O3 s1 K- f+ m% D0 a3 Y) M

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2 Q C7 V/ c, \; s- W' L% z) O
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
) ?! K6 |3 k. _3 u( v) A" Q
void USART3_IRQHandler(void) //串口3中断服务程序
* m- S Z3 z' K x* ^) u
{
( ] w6 W% T8 n/ ~
u8 clear3=clear3; //消除编译器没有用到的提醒; K0 m6 F2 v0 Z4 U
// u8 Res;
" ? U _3 F3 @ b9 K) K" t
) H' y' \2 i- C) S! d+ c( I
if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) $ a! y c. g3 v' B/ T$ [$ K
{
' ]3 b+ b$ ~4 x; S8 \1 Z6 ?
USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++] = USART3->DR;
* Y {& N8 M) r) G
USART3_RX_BUF[USART3_Data++] = USART_ReceiveData(USART3);
% v6 @3 i0 u4 |- Z" O( t8 q
// Res= USART_ReceiveData(USART3);) s/ }4 D2 |; T) T
// USART_SendData(USART1,Res);while(!(USART1->SR&USART_FLAG_TXE)); $ i5 l$ H8 H8 Y. K6 V8 g: X8 s
}
5 X$ w/ K8 |8 e" n5 I8 Y3 p0 l# i
7 d& Y0 V' U2 y6 T% ?9 k
else if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_IDLE) != RESET)
6 l8 m) d, v" r. V
{ g1 {0 J% V- w7 V* K
clear3=USART3->SR; //读SR寄存器可以清空寄存器) G- I$ b }) H9 l' q0 ?
clear3=USART3->DR; //读DR寄存器（先读SR寄存器，再读DR，为了清除IDLE中断） 5 T7 J; r9 {" y r0 V1 u
USART3_RX_STA=1; //标记接收到了一帧数据
( G" a/ |2 `; h n9 r) d+ W. U$ Y0 n
//USART3_Data=0;
3 r' J* R$ f4 Z
} //enocean是不是读不到一帧数据，不用一帧数据测试一下
" R1 L9 r: ^0 c Q8 [
}

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();
2 u0 f( j0 ]2 n2 D
__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)
7 ]: y8 O9 H! u$ S; ^1 N8 q5 V
{
/ J+ v9 P3 n5 N3 \
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */
9 ?$ \* M6 j- l$ ~8 s' |/ }
0 o5 M- V2 U- F6 n
/* USER CODE END USART2_IRQn 0 *// _. n1 g7 Z# o- [& f$ {% }, g
HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
. ~% z# s |! K/ y# N Q1 V
/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */5 D# x+ j& j4 f
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_RXNE) == SET){$ B, z: N! i* Z3 ?
// USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++] = huart2.Instance->RDR - g) Q |) F* b
// RXNE 数据处理，直接读取数据 & y4 L6 @* d8 W
}
$ u# E( R D5 f0 ?5 q
if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE) != RESET))
, y/ V7 S+ a* ~3 p0 l- x! c( Q
{
7 |. Z* O( M1 p& F9 V
__HAL_UART_CLEAR_IT(&huart2,UART_CLEAR_IDLEF); //Çå³ýÖÐ¶Ï
4 g" E$ K5 s- l. D, Q) h: ^
// ReceiveState = 1;6 x# E9 G4 H7 b) b
// IDLE 数据处理，一帧数据接收标志位置位
% t4 K3 Z( r; L6 @9 n% L& ^, V
}, w% E" [- r. Q, B' F7 o
}

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。

8 h6 E: O% _2 g

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, J: B2 e, N+ N9 L$ A
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_FE);
6 z& S9 Q$ d4 l$ W1 B
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_NE);) r0 {0 `( m& R; b1 `- I& [
__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)
, \/ M+ ^* p9 U+ w f
{
2 d0 k0 G" w6 H
if(huart->Instance == LPUART1){0 B7 d6 G8 M, q4 D$ X
Enocean_Data++;3 K! o$ p E' [& e5 X6 q
if(Enocean_Data > 98)Enocean_Data = 0;
& n0 N/ U% e& D. y. U% L
while(HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1, (uint8_t *)&USART_Enocean_BUF[Enocean_Data], 1) != HAL_OK){; t4 i- l2 Y$ R! L9 d
hlpuart1.RxState = HAL_UART_STATE_READY;7 h( s0 _6 r- m
__HAL_UNLOCK(&hlpuart1);
) O: `9 U3 A" P- R- b, [
}
# ?- x2 V5 f/ J: {. O% D
} O4 q1 ^9 J4 d E* m) a
else if(huart->Instance==USART1)
6 T* R3 B! S* D- ?4 X
{
+ ~) R/ |& F+ C
}
" l |: }$ o* h
}