STM32中串口DMA的簡介及功能用法

這篇文章主要介紹“STM32中串口DMA的簡介及功能用法”，在日常操作中，相信很多人在STM32中串口DMA的簡介及功能用法問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”STM32中串口DMA的簡介及功能用法”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

STM32之串口DMA接收不定長數(shù)據(jù)

引言

在使用stm32或者其他單片機(jī)的時候，會經(jīng)常使用到串口通訊，那么如何有效地接收數(shù)據(jù)呢？假如這段數(shù)據(jù)是不定長的有如何高效接收呢？

同學(xué)A：數(shù)據(jù)來了就會進(jìn)入串口中斷，在中斷中讀取數(shù)據(jù)就行了！

中斷就是打斷程序正常運(yùn)行，怎么能保證高效呢？經(jīng)常把主程序打斷，主程序還要不要運(yùn)行了？

同學(xué)B：串口可以配置成用DMA的方式接收數(shù)據(jù)，等接收完畢就可以去讀取了！

這個同學(xué)是對的，我們可以使用DMA去接收數(shù)據(jù)，不過DMA需要定長才能產(chǎn)生接收中斷,如何接收不定長的數(shù)據(jù)呢？

DMA簡介

題外話：其實(shí)，上面的問題是很有必要思考一下的，不斷思考，才能進(jìn)步。

什么是DMA

DMA：全稱Direct Memory Access，即直接存儲器訪問

DMA 傳輸將數(shù)據(jù)從一個地址空間復(fù)制到另外一個地址空間。CPU只需初始化DMA即可，傳輸動作本身是由 DMA 控制器來實(shí)現(xiàn)和完成。典型的例子就是移動一個外部內(nèi)存的區(qū)塊到芯片內(nèi)部更快的內(nèi)存區(qū)。這樣的操作并沒有讓處理器參與處理，CPU可以干其他事情，當(dāng)DMA傳輸完成的時候產(chǎn)生一個中斷，告訴CPU我已經(jīng)完成了，然后CPU知道了就可以去處理數(shù)據(jù)了，這樣子提高了CPU的利用率，因?yàn)镃PU是大腦，主要做數(shù)據(jù)運(yùn)算的工作，而不是去搬運(yùn)數(shù)據(jù)。DMA 傳輸對于高效能嵌入式系統(tǒng)算法和網(wǎng)絡(luò)是很重要的。

在STM32的DMA資源

STM32F1系列的MCU有兩個DMA控制器（DMA2只存在于大容量產(chǎn)品中），DMA1有7個通道，DMA2有5個通道，每個通道專門用來管理來自于一個或者多個外設(shè)對存儲器的訪問請求。還有一個仲裁器來協(xié)調(diào)各個DMA請求的優(yōu)先權(quán)。

而STM32F4/F7/H7系列的MCU有兩個DMA控制器總共有16個數(shù)據(jù)流（每個DMA控制器8個），每一個DMA控制器都用于管理一個或多個外設(shè)的存儲器訪問請求。每個數(shù)據(jù)流總共可以有多達(dá)8個通道（或稱請求）。每個通道都有一個仲裁器，用于處理 DMA 請求間的優(yōu)先級。

DMA接收數(shù)據(jù)

DMA在接收數(shù)據(jù)的時候，串口接收DMA在初始化的時候就處于開啟狀態(tài)，一直等待數(shù)據(jù)的到來，在軟件上無需做任何事情，只要在初始化配置的時候設(shè)置好配置就可以了。等到接收到數(shù)據(jù)的時候，告訴CPU去處理即可。

判斷數(shù)據(jù)接收完成

那么問題來了，怎么知道數(shù)據(jù)是否接收完成呢？

其實(shí)，有很多方法：

• 對于定長的數(shù)據(jù)，只需要判斷一下數(shù)據(jù)的接收個數(shù)，就知道是否接收完成，這個很簡單，暫不討論。

• 對于不定長的數(shù)據(jù)，其實(shí)也有好幾種方法，麻煩的我肯定不會介紹，有興趣做復(fù)雜工作的同學(xué)可以在網(wǎng)上看看別人怎么做，下面這種方法是最簡單的，充分利用了stm32的串口資源，效率也是非常之高。

DMA+串口空閑中斷

這兩個資源配合，簡直就是天衣無縫啊，無論接收什么不定長的數(shù)據(jù)，管你數(shù)據(jù)有多少，來一個我就收一個，就像廣東人吃“山竹”，來一個吃一個~（最近風(fēng)好大，我好怕）。

可能很多人在學(xué)習(xí)stm32的時候，都不知道idle是啥東西，先看看stm32串口的狀態(tài)寄存器：

當(dāng)我們檢測到觸發(fā)了串口總線空閑中斷的時候，我們就知道這一波數(shù)據(jù)傳輸完成了，然后我們就能得到這些數(shù)據(jù)，去進(jìn)行處理即可。這種方法是最簡單的，根本不需要我們做多的處理，只需要配置好，串口就等著數(shù)據(jù)的到來，dma也是處于工作狀態(tài)的，來一個數(shù)據(jù)就自動搬運(yùn)一個數(shù)據(jù)。

接收完數(shù)據(jù)時處理

串口接收完數(shù)據(jù)是要處理的，那么處理的步驟是怎么樣呢？

• 暫時關(guān)閉串口接收DMA通道，有兩個原因：1.防止后面又有數(shù)據(jù)接收到，產(chǎn)生干擾，因?yàn)榇藭r的數(shù)據(jù)還未處理。2.DMA需要重新配置。

• 清DMA標(biāo)志位。

• 從DMA寄存器中獲取接收到的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（可有可無）。

• 重新設(shè)置DMA下次要接收的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，注意，數(shù)據(jù)傳輸數(shù)量范圍為0至65535。這個寄存器只能在通道不工作(DMA_CCRx的EN=0)時寫入。通道開啟后該寄存器變?yōu)橹蛔x，指示剩余的待傳輸字節(jié)數(shù)目。寄存器內(nèi)容在每次DMA傳輸后遞減。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，寄存器的內(nèi)容或者變?yōu)?；或者當(dāng)該通道配置為自動重加載模式時，寄存器的內(nèi)容將被自動重新加載為之前配置時的數(shù)值。當(dāng)寄存器的內(nèi)容為0時，無論通道是否開啟，都不會發(fā)生任何數(shù)據(jù)傳輸。

• 給出信號量，發(fā)送接收到新數(shù)據(jù)標(biāo)志，供前臺程序查詢。

• 開啟DMA通道，等待下一次的數(shù)據(jù)接收，注意，對DMA的相關(guān)寄存器配置寫入，如重置DMA接收數(shù)據(jù)長度，必須要在關(guān)閉DMA的條件進(jìn)行，否則操作無效。

注意事項(xiàng)

STM32的IDLE的中斷在串口無數(shù)據(jù)接收的情況下，是不會一直產(chǎn)生的，產(chǎn)生的條件是這樣的，當(dāng)清除IDLE標(biāo)志位后，必須有接收到第一個數(shù)據(jù)后，才開始觸發(fā)，一斷接收的數(shù)據(jù)斷流，沒有接收到數(shù)據(jù)，即產(chǎn)生IDLE中斷。如果中斷發(fā)送數(shù)據(jù)幀的速率很快，MCU來不及處理此次接收到的數(shù)據(jù)，中斷又發(fā)來數(shù)據(jù)的話，這里不能開啟，否則數(shù)據(jù)會被覆蓋。有兩種方式解決：

1. 在重新開啟接收DMA通道之前，將Rx_Buf緩沖區(qū)里面的數(shù)據(jù)復(fù)制到另外一個數(shù)組中，然后再開啟DMA，然后馬上處理復(fù)制出來的數(shù)據(jù)。

2. 建立雙緩沖，重新配置DMA_MemoryBaseAddr的緩沖區(qū)地址，那么下次接收到的數(shù)據(jù)就會保存到新的緩沖區(qū)中，不至于被覆蓋。

程序?qū)崿F(xiàn)

實(shí)驗(yàn)效果： 當(dāng)外部給單片機(jī)發(fā)送數(shù) 據(jù)的時候，假設(shè)這幀數(shù)據(jù)長度是1000個字節(jié)，那么在單片機(jī)接收到一個字節(jié)的時候并不會產(chǎn)生串口中斷，只是DMA在背后默默地把數(shù)據(jù)搬運(yùn)到你指定的緩沖區(qū)里面。當(dāng)整幀數(shù)據(jù)發(fā)送完畢之后串口才會產(chǎn)生一次中斷，此時可以利用DMA_GetCurrDataCounter()函數(shù)計算出本次的數(shù)據(jù)接受長度，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

串口的配置 很簡單，基本與使用串口的時候一致，只不過一般我們是打開接收緩沖區(qū)非空中斷，而現(xiàn)在是打開空閑中斷——USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE); 。

/**
  * @brief  USART GPIO 配置,工作參數(shù)配置
  * @param  無
  * @retval 無
  */
void USART_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

	// 打開串口GPIO的時鐘
	DEBUG_USART_GPIO_APBxClkCmd(DEBUG_USART_GPIO_CLK, ENABLE);
	
	// 打開串口外設(shè)的時鐘
	DEBUG_USART_APBxClkCmd(DEBUG_USART_CLK, ENABLE);

	// 將USART Tx的GPIO配置為推挽復(fù)用模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_TX_GPIO_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(DEBUG_USART_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);

  // 將USART Rx的GPIO配置為浮空輸入模式
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DEBUG_USART_RX_GPIO_PIN;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
	GPIO_Init(DEBUG_USART_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);
	
	// 配置串口的工作參數(shù)
	// 配置波特率
	USART_InitStructure.USART_BaudRate = DEBUG_USART_BAUDRATE;
	// 配置 針數(shù)據(jù)字長
	USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
	// 配置停止位
	USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
	// 配置校驗(yàn)位
	USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
	// 配置硬件流控制
	USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = 
	USART_HardwareFlowControl_None;
	// 配置工作模式，收發(fā)一起
	USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
	// 完成串口的初始化配置
	USART_Init(DEBUG_USARTx, &USART_InitStructure);
	// 串口中斷優(yōu)先級配置
	NVIC_Configuration();
	
#if USE_USART_DMA_RX 
	// 開啟 串口空閑IDEL 中斷
	USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_IDLE, ENABLE);  
  // 開啟串口DMA接收
	USART_DMACmd(DEBUG_USARTx, USART_DMAReq_Rx, ENABLE); 
	/* 使能串口DMA */
	USARTx_DMA_Rx_Config();
#else
	// 使能串口接收中斷
	USART_ITConfig(DEBUG_USARTx, USART_IT_RXNE, ENABLE);	
#endif

#if USE_USART_DMA_TX 
	// 開啟串口DMA發(fā)送
//	USART_DMACmd(DEBUG_USARTx, USART_DMAReq_Tx, ENABLE); 
	USARTx_DMA_Tx_Config();
#endif

	// 使能串口
	USART_Cmd(DEBUG_USARTx, ENABLE);	    
}

串口DMA配置

把DMA配置完成，就可以直接打開DMA了，讓它處于工作狀態(tài)，當(dāng)有數(shù)據(jù)的時候就能直接搬運(yùn)了。

#if USE_USART_DMA_RX 

static void USARTx_DMA_Rx_Config(void)
{
	DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

	// 開啟DMA時鐘
	RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);
	// 設(shè)置DMA源地址：串口數(shù)據(jù)寄存器地址*/
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)USART_DR_ADDRESS;
	// 內(nèi)存地址(要傳輸?shù)淖兞康闹羔?
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)Usart_Rx_Buf;
	// 方向：從內(nèi)存到外設(shè)	
	DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;
	// 傳輸大小	
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = USART_RX_BUFF_SIZE;
	// 外設(shè)地址不增	    
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
	// 內(nèi)存地址自增
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
	// 外設(shè)數(shù)據(jù)單位	
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = 
	DMA_PeripheralDataSize_Byte;
	// 內(nèi)存數(shù)據(jù)單位
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;	 
	// DMA模式，一次或者循環(huán)模式
	//DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal ;
	DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;	
	// 優(yōu)先級：中	
	DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh; 
	// 禁止內(nèi)存到內(nèi)存的傳輸
	DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
	// 配置DMA通道		   
	DMA_Init(USART_RX_DMA_CHANNEL, &DMA_InitStructure);		
	// 清除DMA所有標(biāo)志
	DMA_ClearFlag(DMA1_FLAG_TC5);
	DMA_ITConfig(USART_RX_DMA_CHANNEL, DMA_IT_TE, ENABLE);
	// 使能DMA
	DMA_Cmd (USART_RX_DMA_CHANNEL,ENABLE);
}
#endif

接收完數(shù)據(jù)處理

因?yàn)榻邮胀陻?shù)據(jù)之后，會產(chǎn)生一個idle中斷，也就是空閑中斷，那么我們就可以在中斷服務(wù)函數(shù)中知道已經(jīng)接收完了，就可以處理數(shù)據(jù)了，但是中斷服務(wù)函數(shù)的上下文環(huán)境是中斷，所以，盡量是快進(jìn)快出，一般在中斷中將一些標(biāo)志置位，供前臺查詢。在中斷中先判斷我們的產(chǎn)生在中斷的類型是不是idle中斷，如果是則進(jìn)行下一步，否則就無需理會。

/**
  ******************************************************************
  * @brief   串口中斷服務(wù)函數(shù)
  * @author  jiejie
  * @version V1.0
  * @date    2018-xx-xx
  ******************************************************************
  */ 
void DEBUG_USART_IRQHandler(void)
{
#if USE_USART_DMA_RX
	/* 使用串口DMA */
	if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_IDLE)!=RESET)
	{		
		/* 接收數(shù)據(jù) */
		Receive_DataPack();
		// 清除空閑中斷標(biāo)志位
		USART_ReceiveData( DEBUG_USARTx );
	}	
#else
  /* 接收中斷 */
	if(USART_GetITStatus(DEBUG_USARTx,USART_IT_RXNE)!=RESET)
	{		
    Receive_DataPack();
	}
#endif
}

Receive_DataPack()

這個才是真正的接收數(shù)據(jù)處理函數(shù)，為什么我要將這個函數(shù)單獨(dú)封裝起來呢？因?yàn)檫@個函數(shù)其實(shí)是很重要的，因?yàn)槲业拇a兼容普通串口接收與空閑中斷，不一樣的接收類型其處理也不一樣，所以直接封裝起來更好，在源碼中通過宏定義實(shí)現(xiàn)選擇接收的方式！更考慮了兼容操作系統(tǒng)的，可能我會在系統(tǒng)中使用dma+空閑中斷，所以，供前臺查詢的信號量就有可能不一樣，可能需要修改，我就把它封裝起來了。不過無所謂，都是一樣的。

/************************************************************
  * @brief   Uart_DMA_Rx_Data
  * @param   NULL
  * @return  NULL
  * @author  jiejie
  * @github  https://github.com/jiejieTop
  * @date    2018-xx-xx
  * @version v1.0
  * @note    使用串口 DMA 接收時調(diào)用的函數(shù)
  ***********************************************************/
#if USE_USART_DMA_RX
void Receive_DataPack(void)
{
	/* 接收的數(shù)據(jù)長度 */
	uint32_t buff_length;
	
	/* 關(guān)閉DMA ，防止干擾 */
	DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL, DISABLE);  /* 暫時關(guān)閉dma，數(shù)據(jù)尚未處理 */ 
	
	/* 清DMA標(biāo)志位 */
	DMA_ClearFlag( DMA1_FLAG_TC5 );  
	
	/* 獲取接收到的數(shù)據(jù)長度 單位為字節(jié)*/
	buff_length = USART_RX_BUFF_SIZE - DMA_GetCurrDataCounter(USART_RX_DMA_CHANNEL);
  
    /* 獲取數(shù)據(jù)長度 */
    Usart_Rx_Sta = buff_length;

	PRINT_DEBUG("buff_length = %d\n ",buff_length);
	
	/* 重新賦值計數(shù)值，必須大于等于最大可能接收到的數(shù)據(jù)幀數(shù)目 */
	USART_RX_DMA_CHANNEL->CNDTR = USART_RX_BUFF_SIZE;    
  
	/* 此處應(yīng)該在處理完數(shù)據(jù)再打開，如在 DataPack_Process() 打開*/
	DMA_Cmd(USART_RX_DMA_CHANNEL, ENABLE);      
	
	/* (OS)給出信號 ，發(fā)送接收到新數(shù)據(jù)標(biāo)志，供前臺程序查詢 */
	
    /* 標(biāo)記接收完成，在 DataPack_Handle 處理*/
    Usart_Rx_Sta |= 0xC000;
  
    /* 
    DMA 開啟，等待數(shù)據(jù)。注意，如果中斷發(fā)送數(shù)據(jù)幀的速率很快，MCU來不及處理此次接收到的數(shù)據(jù)，
    中斷又發(fā)來數(shù)據(jù)的話，這里不能開啟，否則數(shù)據(jù)會被覆蓋。有2種方式解決：

    1. 在重新開啟接收DMA通道之前，將Rx_Buf緩沖區(qū)里面的數(shù)據(jù)復(fù)制到另外一個數(shù)組中，
    然后再開啟DMA，然后馬上處理復(fù)制出來的數(shù)據(jù)。

    2. 建立雙緩沖，重新配置DMA_MemoryBaseAddr的緩沖區(qū)地址，那么下次接收到的數(shù)據(jù)就會
    保存到新的緩沖區(qū)中，不至于被覆蓋。
	*/
}

到此，關(guān)于“STM32中串口DMA的簡介及功能用法”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！