stm32-hal库（5）--usart串口通信三种模式（主从通信）（关于通信失败和串口不断发送数据问题的解决）

news2024/10/7 12:28:00

问题：

最近发现，stm32cubemx最新版本f1系列的hal库（1.85版本）生成的hal库，其中stm32f1xx_hal_uart.c的库文件中，其串口发送接收存在一些问题：

1.没有使用 __HAL_LOCK 和 __HAL_UNLOCK 宏，锁机制。

2.pdata8bits 和 pdata16bits 未初始化为 NULL，可能会导致未定义行为。

3.在遇到超时错误时，没有恢复 huart->RxState 状态。

这样子会出现什么问题呢？

1.串口中断进不去，主机发送消息，从机无回应

2.轮询模式下，打开串口，其会不断给电脑串口发信息，直到几千几万条后溢出。

（也有可能是我没理解到位，如果知道原因的大佬，可以在评论区给点意见）

解决方法：

我将stm32cubemx的hal库版本进行了修改，改成了1.81版本，进行通信，实验成功。

步骤如下：

1.点击库管理

2.找到自己芯片库

如果你是1.85版本，如果前面框为绿色，选中然后下面点击移除就行。

点击1.81版本，进行安装。下图2框取消勾选，3框选择1.81。

其他配置和上篇文章一致：

STM32-hal库学习（4）--usart/uart通信 （单向通信）（同时显示在oled）-CSDN博客

1.轮询模式

什么是轮询模式？

轮询模式利用阻塞模式收发数据

        HAL_UART_Transmit()：串口发送数据，使用超时管理机制
        HAL_UART_Receive()： 串口接收数据，使用超时管理机制

        其用于在没有中断机制或DMA机制的情况下，主动等待并处理外设的状态变化。在轮询模式下，CPU不断地检查外设的状态寄存器，以确定是否有数据可供处理。这种方式简单易用，但效率较低，因为CPU在等待期间不能处理其他任务。

程序：

main.c中加入

#include "stdio.h"
uint8_t RxDate[256];

因为oled函数里面没有显示hex类型函数，所以编写oled.c的hex显示函数：

void OLED_ShowHexArray(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t *numArray, uint8_t Length, uint8_t size2, uint8_t Color_Turn)
{
    uint8_t i;
    uint8_t highNibble, lowNibble;
    for (i = 0; i < Length; i++)
    {
        highNibble = (numArray[i] >> 4) & 0x0F;
        lowNibble = numArray[i] & 0x0F;

        // 显示高半字节
        if (highNibble < 10)
        {
            OLED_ShowChar(x + (size2 / 2) * (2 * i), y, highNibble + '0', size2, Color_Turn);
        }
        else
        {
            OLED_ShowChar(x + (size2 / 2) * (2 * i), y, highNibble - 10 + 'A', size2, Color_Turn);
        }

        // 显示低半字节
        if (lowNibble < 10)
        {
            OLED_ShowChar(x + (size2 / 2) * (2 * i + 1), y, lowNibble + '0', size2, Color_Turn);
        }
        else
        {
            OLED_ShowChar(x + (size2 / 2) * (2 * i + 1), y, lowNibble - 10 + 'A', size2, Color_Turn);
        }
    }
}

在oled.h加入：

void OLED_ShowHexArray(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t *numArray, uint8_t Length, uint8_t size2, uint8_t Color_Turn);

在main.c实现轮询，

#include "string.h"
#include "stdio.h"
uint8_t RxDate[256];
unsigned int num = 0;

while(1)加入

switch(HAL_UART_Receive(&huart1, RxDate, 200, 1))
    {
        case HAL_OK:
            HAL_Delay(1);
            HAL_UART_Transmit(&huart1, RxDate, 200, 1);
				
		
            break;
        
        case HAL_TIMEOUT:
            if (huart1.RxXferCount != 200-1)
            {
                HAL_UART_Transmit(&huart1, RxDate, 200-1 - huart1.RxXferCount, 1);
            }
            else
            {
                HAL_Delay(1);
            }
            break;
        
        case HAL_ERROR:
            // 错误处理逻辑，可以根据需要添加
            // 例如，重置 UART 或重新初始化
            huart1.RxState = HAL_UART_STATE_READY;
            __HAL_UNLOCK(&huart1);
            break;
        
        case HAL_BUSY:
            // 处理 UART 忙碌状态的逻辑
            // 可以选择等待一段时间再重试
            HAL_Delay(1);
            break;
        
        default:
            break;
    }
	
            
            OLED_ShowHexArray(48, 4, RxDate,1, 16, 0); // len 设置为 8，具体根据显示需求调整

  }

代码解释：HAL_UART_Receive接收huart1句柄的数据，RxDate，长度为200，等待时间为0xffff（也就是1）。若接收完毕，返回HAL_OK，则发送数据回电脑。

测试：

2.中断模式：

        USART的中断模式是一种数据传输方式，在这种模式下，当特定事件（如接收到一个字符或发送完一个字符）发生时，会触发中断请求，中断服务程序（ISR）负责处理这些事件。使用中断模式可以提高系统效率，因为在等待数据的过程中，CPU可以执行其他任务，而不需要不断轮询USART状态。

.中断模式收发数据
        HAL_UART_Transmit_IT()：串口中断模式发送
        HAL_UART_Receive_IT()： 串口中断模式接收

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

这个函数的目的是启动UART传输并以非阻塞的方式发送一定数量的数据。

参数说明：中断方式的收发函数只有三个参数
      第一个参数是要使用的串口句柄地址
      第二个参数是发送缓冲区的首地址，用于存放要发送的数据
      第三个参数是发送缓冲区长度

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

参数说明与发送函数类似，只是把第二个和第三个参数变为了接收缓冲区

程序：

main.c加入

uint8_t  TxDate[64], RxDate[64];
uint8_t  rxstate;

int main加入

HAL_UART_Receive_IT(&huart1,RxDate,1);

接收中断函数，我这里将长度设为了1，表示接收到一个字节，便接收完毕，返回一个字节，比如0x11 是一个十六进制数，表示的是一个字节（8位）数据。在计算机系统中，十六进制数 0x11 对应的二进制数是 00010001，占用一个字节的存储空间。因此，0x11 占用1个字节。

while（1）加入

if(rxstate == 1)
{
			rxstate = 0;
			HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,TxDate,1);
}

当接收标志位为1，则表示接收完成，如果标志位为1，便发送数据

最下面加上

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance == USART1){
		memcpy(TxDate,RxDate,1);
		rxstate = 1;
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1,RxDate,1);
	}
}
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance == USART1){

	}
}
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance == USART1){

	}
  • memcpy(TxDate, RxDate, 1);：将接收到的一个字节的数据从 RxDate 复制到 TxDate。这里假设 RxDate 是接收缓冲区，TxDate 是发送缓冲区。
  • memcpy 函数用于内存拷贝，将 RxDate 中的一个字节数据复制到 TxDate 中。
  • 拷贝完成，标志位变成1

测试：

3.DMA模式：

什么是dma模式？

        DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）是一种计算机系统中用于数据传输的机制。它允许数据在外设和内存之间直接传输，而不需要CPU的介入，从而减轻了CPU的负担，提高了数据传输的效率。

举个例子：

        想象一下我们搬家的场景：你要把家里的一些东西从旧房子搬到新房子。在传统的情况下，你可能要亲自搬每一箱东西，把它们从旧房子搬到新房子。这就相当于CPU传统地处理数据传输的方式。

      现在，有一支搬家队，他们专门负责搬家。你只需要告诉他们从哪里搬，搬到哪里，然后他们就会自己完成这项任务。而你可以利用这段时间去做其他事情，不需要亲自动手。这就有点类似于DMA的工作原理。

        在计算机中，CPU通常会处理数据的传输工作，就像你亲自搬家一样。但有了DMA，就好比有了一支专门负责数据传输的队伍。CPU只需要告诉DMA从哪里搬，搬到哪里，然后就可以去处理其他任务了。DMA负责在外设和内存之间直接传输数据，而不需要CPU一直参与。

        简而言之，DMA就像是一支搬家队伍，负责在不需要CPU亲自操劳的情况下完成数据传输任务，从而提高了系统的效率。

DMA模式的优势

  1. 效率高：DMA能够以较高的效率传输数据，因为传输过程不需要经过CPU。
  2. 释放CPU资源：在数据传输过程中，CPU可以执行其他任务，避免了CPU因数据传输而被阻塞。
  3. 传输速度快：由于DMA控制器专门用于数据传输，其速度通常比通过CPU进行传输要快。

DMA模式的工作原理

  1. 配置DMA控制器：在使用DMA模式之前，需要配置DMA控制器，包括源地址、目的地址、传输数据的大小等。
  2. 启动DMA传输：配置完成后，启动DMA传输。DMA控制器将接管数据传输任务。
  3. 传输完成中断：在传输完成后，DMA控制器会生成一个中断，通知CPU传输已经完成。

DMA发送函数

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

参数类型和中断模式发送函数相同

DMA接收函数

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

参数类型和中断模式接收函数相同 

HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式发送

HAL_UART_Transmit_DMA();串口DMA模式接收

HAL_UART_DMAPause() 暂停串口DMA

HAL_UART_DMAResume();恢复串口DMA

HAL_UART_DMAStop(); 结束串口DMA

因为比较多，关于代码部分，在日后文章中将具体写一下

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