串口通信-DMA方式

1 DMA概述

直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) (DMA) ： 用于在外設(shè)與存儲(chǔ)器之間以及存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。DMA傳輸過(guò)程的初始化和啟動(dòng)由CPU完成，傳輸過(guò)程由DMA控制器來(lái)執(zhí)行，無(wú)需CPU參與，從而節(jié)省CPU資源，提高利用率。

DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃膫€(gè)要素：

• 傳輸源 ：DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)膩?lái)源
• 傳輸目標(biāo)：DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康?/li>
• 傳輸數(shù)量：DMA傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量
• 觸發(fā)信號(hào)：?jiǎn)?dòng)一次DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)膭?dòng)作

STM32的DMA控制器特點(diǎn)

1. 每個(gè)DMA控制器有8個(gè)數(shù)據(jù)流，每個(gè)數(shù)據(jù)流可以映射到8個(gè)通道（或請(qǐng)求）；
2. 每一個(gè)DMA控制器用于管理一個(gè)或多個(gè)外設(shè)的存儲(chǔ)器訪問(wèn)請(qǐng)求，并通過(guò)總線仲裁器來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)DMA請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)；
3. 數(shù)據(jù)流（stream）是用于連接傳輸源和傳輸目標(biāo)的數(shù)據(jù)通路，每個(gè)數(shù)據(jù)流可以配置為不同的傳輸源和傳輸目標(biāo)，這些傳輸源和傳輸目標(biāo)稱為通道（Channel）；
4. 具備16字節(jié)的FIFO。使能FIFO功能后，源數(shù)據(jù)先送入FIFO，達(dá)到FIFO的觸發(fā)閾值后，再傳送到目標(biāo)地址。
   

DMA數(shù)據(jù)傳輸方式

• 普通模式：傳輸結(jié)束后（即要傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量達(dá)到零），將不再產(chǎn)生DMA操作。若 開(kāi)始新的DMA傳輸，需在關(guān)閉DMA通道情況下，重新啟動(dòng)DMA傳輸。
• 循環(huán)模式：可用于處理環(huán)形緩沖區(qū)和連續(xù)數(shù)據(jù)流（例如ADC掃描模式）。當(dāng)激活循 環(huán)模式后，每輪傳輸結(jié)束時(shí)，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量將自動(dòng)用設(shè)置的初始值進(jìn)行加載，并繼續(xù)響應(yīng)DMA請(qǐng)求。

2 DMA方式的接口函數(shù)

1. 串口DMA方式發(fā)送函數(shù)：HAL_UART_Transmit_DMA

   函數(shù)原型	HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_Handle TypeDef *huart, uint 8_t *pData, uint 16_t Size)
   功能描述	在DMA方式下發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)
   入口參數(shù)1	huart：串口句柄的地址
   入口參數(shù)	pData：待發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址
   入口參數(shù)3	Size：待發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
   返回值	HAL狀態(tài)值：HAL_OK表示發(fā)送成功；HAL_ERROR表示參數(shù)錯(cuò)誤；HAL_BUSY表示串口被占用；
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)將啟動(dòng)DMA方式的串口數(shù)據(jù)發(fā)送2. 完成指定數(shù)量的數(shù)據(jù)發(fā)送后，可以觸發(fā)DMA中斷，在中斷中將調(diào)用發(fā)送中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_TxCpltCallback進(jìn)行后續(xù)處理3. 該函數(shù)由用戶調(diào)用戶調(diào)用

2. 串口DMA方式接收函數(shù)：HAL_UART_Receive_DMA

   函數(shù)原型	HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_Handle TypeDef *huart, uint 8_t *pData, uint 16_t Size)
   功能描述	在DMA方式下接收一定數(shù)量的數(shù)據(jù)
   入口參數(shù)1	huart：串口句柄的地址
   入口參數(shù)	pData：待接收數(shù)據(jù)的首地址
   入口參數(shù)3	Size：待接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
   返回值	HAL狀態(tài)值：HAL_OK表示發(fā)送成功；HAL_ERROR表示參數(shù)錯(cuò)誤；HAL_BUSY表示串口被占用；
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)將啟動(dòng)DMA方式的串口數(shù)據(jù)接收2. 完成指定數(shù)量的數(shù)據(jù)接收后，可以觸發(fā)DMA中斷，在中斷中將調(diào)用接收中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_ExCpltCallback進(jìn)行后續(xù)處理3. 該函數(shù)由用戶調(diào)用戶調(diào)用

3. 獲取未傳輸數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)函數(shù)：__HAL_DMA_GET_COUNTER

   函數(shù)原型	__HAL_DMA_GET_COUNTER
   功能描述	獲取DMA數(shù)據(jù)流中未傳輸數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
   參數(shù)	HANDLE ：串口句柄的地址
   返回值	NDTR寄存器的內(nèi)容，即DMA數(shù)據(jù)流中無(wú)傳輸數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進(jìn)行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 該函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于獲取未傳輸數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)

4. 關(guān)閉DMA數(shù)據(jù)流：__HAL_DMA_DISABLE

   函數(shù)原型	__HAL_DMA_DISABLE(__HANDLE__)
   功能描述	關(guān)閉指定的DMA數(shù)據(jù)流
   參數(shù)	HANDLE ：串口句柄的地址
   返回值	無(wú)
   注意事項(xiàng)	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進(jìn)行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 該函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于關(guān)閉指定的DMA數(shù)據(jù)流3. 關(guān)閉DMA數(shù)據(jù)流后觸發(fā)DMA中斷，最終調(diào)用串口收發(fā)的回調(diào)函數(shù)

任務(wù)實(shí)踐4

不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的收發(fā)：利用串口調(diào)試助手，從PC上發(fā)送任意長(zhǎng)度的字符到開(kāi)發(fā)板，開(kāi)發(fā)板收到后原樣發(fā)回到PC。

空閑中斷的特點(diǎn)：

1. 在一幀數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通信線路將會(huì)維持高電平，這個(gè)狀態(tài)稱為空閑狀態(tài)；
2. 當(dāng)CPU檢測(cè)到通信線路處于空閑狀態(tài)時(shí)，且空閑狀態(tài)持續(xù)時(shí)間大于一個(gè)字節(jié)傳輸時(shí)間時(shí)，空閑狀態(tài)標(biāo)志IDLE將由硬件置1。如果串口控制寄存器CR1中的IDLEIE位為1，將會(huì)觸發(fā)空閑中斷（ IDLE中斷）；
3. 由于空閑標(biāo)志是在一幀數(shù)據(jù)傳輸完成后才置位，在有效數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不會(huì)置位，因此借助空閑中斷，可以實(shí)現(xiàn)不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的收發(fā)。

設(shè)計(jì)思路：

1. 使能IDLE中斷，在串口2的中斷服務(wù)程序USART2_IRQHandler中添加對(duì)IDLE中斷的判斷，該函數(shù)位于stm32f4xx_it.c文件；

2. 設(shè)置傳輸模式為普通模式，啟動(dòng)DMA傳輸。串口一旦接收到數(shù)據(jù)，則觸發(fā)DMA操作，將數(shù)據(jù)存放到用戶定義的接收緩沖區(qū)；

3. 當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，線路處于IDLE狀態(tài)，將觸發(fā)IDLE中斷，調(diào)用IDLE中斷回調(diào)函數(shù)，設(shè)置數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志；

4. 主程序檢測(cè)到接收完成標(biāo)志置位后，將接收的一幀數(shù)據(jù)原樣發(fā)回到PC，并禁能DMA，以觸發(fā)DMA中斷。DMA中斷將調(diào)用接收中斷回調(diào)函數(shù)，在回調(diào)函數(shù)中重新啟動(dòng)DMA傳輸。

5. 串口1的DMA配置
   
   DMA數(shù)據(jù)流的中斷使能由CubeMX自動(dòng)勾選，手動(dòng)使能串口2中斷
   

6. 編寫(xiě)程序
   在stm32f1xx_it.c中添加空閑中斷的處理

   /**
     * @brief This function handles USART1 global interrupt.
     */
   void USART1_IRQHandler(void)
   {
     /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
   
     /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
     HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
     /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
   
     // Add handling of idle interrupts
     if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE != RESET))
     {
       __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);   // Clear the IDLE interrupt flag
       HAL_UART_IdleCpltCallback(&huart1);   // User-written IDLE interrupt callback function
     }
     /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
   }
   

   在main.c中

   添加用戶宏變量、變量定義

   /* USER CODE BEGIN PM */
   #define LENGTH 100   // Receive buffer size
   /* USER CODE END PM */
   
   /* USER CODE BEGIN PV */
   uint8_t RxBuffer[LENGTH];
   uint8_t RecCount = 0;
   uint8_t RxFlag = 0;
   /* USER CODE END PV */
   

   聲明和定義空閑中斷回調(diào)函數(shù)，定義DMA接收中斷回調(diào)函數(shù)

   /* USER CODE BEGIN PFP */
   void HAL_UART_IdleCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   /* USER CODE END PFP */
   
   /* USER CODE BEGIN 4 */
   int fputc (int ch, FILE *f)
   {
       HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
       return ch;
   }
   
   int fgetc(FILE *f)
   {
       uint8_t ch = 0;
       HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
       return ch;
   }
   
   void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   {
     if (huart- >Instance == USART1)
     {
       HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t*)RxBuffer, LENGTH);
     }
   }
   
   void HAL_UART_IdleCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
   {
     RxFlag = 1;
   }
   /* USER CODE END 4 */
   

   編寫(xiě)用戶應(yīng)用代碼

   /* USER CODE BEGIN 2 */
     printf("***  UART coummunication using IDLE IT + DMAn");
     pringf("PLease enter arbitrary length characters:n");
     __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
     HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t*)RxBuffer, LENGTH);
    /* USER CODE END 2 */
   
     /* USER CODE BEGIN 3 */
       if (RxFlag == 1)
       {
         RxFlag = 0;
         RecCount = LENGTH - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
         HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t*)RxBuffer, RecCount);
         RecCount = 0;
         __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_uasrt1_rx);
       }
     }
     /* USER CODE END 3 */