【嵌入式】HC32F460串口接收超时中断+DMA

news2024/10/1 7:45:32

一 项目背景

        项目需要使用一款UART串口编码器，编码器的数据以波特率57600持续向外发送。但这组数据包没有固定的包头和校验尾，仅仅是由多圈圈数和单圈角度组成的六字节数据码，这样接收到的数组无法确定实际的下标，所以这边考虑用串口接收超时中断+DMA来实现。

二 原理说明

【1】UART原理说明：参考【嵌入式】NXP/LPC使用GPIO+定时器模拟UART串口接收

【2】超时中断原理说明：接收的数据包通过逻辑分析仪，如下所示：

        由上面的数据可以看到，两个包之间的发送间隔为500us左右，而一个包的发送时间为170us（波特率为57600，那么每位数据是17us，一个包10位数据，就是170us），所以只要在串口收发的过程中加一个定时器，设定超时时间为400us（大于170us，小于500us即可），那么 只要超时了，说明下一次收到的位即为起始位。

        STM32中有一个空闲中断（IDLE）的概念，而HC32中没有，取而代之的是串口接收超时中断，两者基本功能是类似的，都是在串口超过一段时间没有接收数据之后触发的一个中断功能。HC32F460的用户手册中对此也有详细说明（我们这边用的是USART4串口，所以相对应的需需要使用 Timer0 Unit2 B 通道）：

【3】DMA原理说明：DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是单片机的一个外设，它的主要功能是用来搬移数据，但是不需要占用 CPU，即在传输数据的时候， CPU 可以干其他的事情，好像多线程一样。（具体可以参考：串口DMA传输模式）

         这边用到DMA，是因为编码器发送数据比较快，若是一直进中断会挤占CPU的资源，所以考虑用DMA改进。

三 设计实现--超时定时器部分

【1】超时定时器初始化（ Timer0 Unit2 B 通道 ），这个过程中主要关注一下定时器时间的设置，如下面的 stcTimerCfg.Tim0_CmpValue = 4200 ，它的时钟源是 Tim0_Pclk1 ，在HC32F460中，这个时钟是168MHz的一半，即84MHz，时钟的分频系数为8，根据公式：

T=CmpValue*ClockSource*ClockDivision

其中，T = 400us，ClockSource=1/84MHz，ClockDivision=8，计算出CmpValue=4200：

void Timer0_Config(void)
{
    stc_clk_freq_t stcClkTmp;
    stc_tim0_base_init_t stcTimerCfg;
    stc_tim0_trigger_init_t StcTimer0TrigInit;

    MEM_ZERO_STRUCT(stcClkTmp);
    MEM_ZERO_STRUCT(stcTimerCfg);
    MEM_ZERO_STRUCT(StcTimer0TrigInit);

    /* Timer0 peripheral enable */
    PWC_Fcg2PeriphClockCmd(PWC_FCG2_PERIPH_TIM02, Enable);

    /* Clear CNTAR register for channel B */
    TIMER0_WriteCntReg(M4_TMR02, Tim0_ChannelB, 0u);

    /* Config register for channel B */
    stcTimerCfg.Tim0_CounterMode = Tim0_Sync;
    stcTimerCfg.Tim0_SyncClockSource = Tim0_Pclk1;
    stcTimerCfg.Tim0_ClockDivision = Tim0_ClkDiv8;
    stcTimerCfg.Tim0_CmpValue = 4200;
    TIMER0_BaseInit(M4_TMR02, Tim0_ChannelB, &stcTimerCfg);

    /* Clear compare flag */
    TIMER0_ClearFlag(M4_TMR02, Tim0_ChannelB);

    /* Config timer0 hardware trigger */
    StcTimer0TrigInit.Tim0_InTrigEnable = false;
    StcTimer0TrigInit.Tim0_InTrigClear = true;
    StcTimer0TrigInit.Tim0_InTrigStart = true;
    StcTimer0TrigInit.Tim0_InTrigStop = false;
    TIMER0_HardTriggerInit(M4_TMR02, Tim0_ChannelB, &StcTimer0TrigInit);
}

四 设计实现--串口部分

【1】串口初始化：

/* USART baudrate definition */
#define USART4_BAUDRATE                  (57600)
/* USART Interrupt Number */
#define USART4_IRQn                      (Int025_IRQn)
#define USART4_ERR_IRQn                  (Int026_IRQn)
#define USART4_RTO_IRQn                  (Int029_IRQn)
/* USART RX Port/Pin definition */
#define USART4_RX_PORT                   (PortE)
#define USART4_RX_PIN                    (Pin14)
#define USART4_RX_FUNC                   (Func_Usart4_Rx)

void initUART4(void)
{
    en_result_t enRet = Ok;
    stc_irq_regi_conf_t stcIrqRegiCfg;
    
    /*配置串口使用的时钟和基本通信配置*/
    const stc_usart_uart_init_t stcInitCfg = {
        UsartIntClkCkOutput,
        UsartClkDiv_1,
        UsartDataBits8,
        UsartDataLsbFirst,
        UsartOneStopBit,
        UsartParityNone,
        UsartSampleBit8,
        UsartStartBitFallEdge,
        UsartRtsEnable,
    };
    
    /*打开时钟*/
    PWC_Fcg1PeriphClockCmd(PWC_FCG1_PERIPH_USART4, Enable);
    
    /*配置相应的IO作为串口的RX引脚*/
    PORT_SetFunc(USART4_RX_PORT, USART4_RX_PIN, USART4_RX_FUNC, Disable);

    /*初始化串口配置*/
    enRet = USART_UART_Init(M4_USART4, &stcInitCfg);
    if (enRet != Ok)while (1);
    /*串口波特率设置*/
    enRet = USART_SetBaudrate(M4_USART4, USART4_BAUDRATE);
    if (enRet != Ok)while (1);
    
    /*设置串口接收中断*/
    stcIrqRegiCfg.enIRQn = USART4_IRQn;
    stcIrqRegiCfg.pfnCallback = &Usart4RxIrqCallback;
    stcIrqRegiCfg.enIntSrc = INT_USART4_RI;
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiCfg);
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiCfg.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_DEFAULT);
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    
    /*设置串口接收错误中断*/
    stcIrqRegiCfg.enIRQn = USART4_ERR_IRQn;
    stcIrqRegiCfg.pfnCallback = &Usart4ErrIrqCallback;
    stcIrqRegiCfg.enIntSrc = INT_USART4_EI;
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiCfg);
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiCfg.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_DEFAULT);
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    
    /*设置接收超时中断*/
    stcIrqRegiCfg.enIRQn = USART4_RTO_IRQn;
    stcIrqRegiCfg.pfnCallback = &Usart4TimeoutIrqCallback;
    stcIrqRegiCfg.enIntSrc = INT_USART4_RTO;
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiCfg);
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiCfg.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_DEFAULT);
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);

    
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartRx, Enable);//使能接收
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartRxInt, Enable);//使能接收中断
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartTimeOut, Enable);//使能超时
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartTimeOutInt, Enable);//使能超时中断
}

【2】串口接收中断回调：

#define ENCODER_LEN      6
uint8_t ecd_buf[ENCODER_LEN];
uint8_t ecd_timeout_flag;

static void Usart4RxIrqCallback(void)
{
    static uint8_t cnt = 0;
    while(1)
	{
		if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartRxNoEmpty)) 
		{
            if(ecd_timeout_flag == 1)  //如果超时，下一个接收到的即为起始位
                cnt = 0;
            ecd_buf[cnt++] = USART_RecData(M4_USART4);
            ecd_timeout_flag = 0;
            
            if(cnt > 5)
                cnt = 0;
		}
        else
            break;
	}
}

【3】串口接收错误中断回调：

static void Usart4ErrIrqCallback(void)
{
    if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartFrameErr))
        USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartFrameErr);

    if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartParityErr))
        USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartParityErr);

    if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartOverrunErr))
        USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartOverrunErr);
}

【4】串口接收超时中断回调：

static void Usart4TimeoutIrqCallback(void)
{
    ecd_timeout_flag = 1;  //下一次接收为通讯码的开始位
    TIMER0_Cmd(M4_TMR02, Tim0_ChannelB,Disable);
    USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartRxTimeOut);
}

        到这边为止，就可以正常的读到编码器的数据了，而且是以编码器的发送顺序排列在ecd_buf数组中，只要处理该数组就可以取到编码器的多圈圈数和单圈角度。

        下面的DMA部分是想改进一下控制方案，使得不那么频繁地进入接收中断，以减小CPU的资源消耗。

五 设计实现--DMA部分

【1】DMA初始化和中断，其中主要关注几点：

        一是接收的数据需要映射到ecd_buf的地址：

        （stcDmaInit.u32DesAddr = (uint32_t)(&ecd_buf)）

        二是发送数据模式需要改为递增：

        （stcDmaInit.stcDmaChCfg.enDesInc = AddressIncrease）：

static void DmaBtcIrqCallback(void)
{
    USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartRxTimeOut);  //清楚接收超时标志
    DMA_ClearIrqFlag(M4_DMA1, DmaCh0, BlkTrnCpltIrq);
}

static void DmaInit(void)
{
    stc_dma_config_t stcDmaInit;
    stc_irq_regi_conf_t stcIrqRegiCfg;

    /* Enable peripheral clock */
    PWC_Fcg0PeriphClockCmd(PWC_FCG0_PERIPH_DMA1 | PWC_FCG0_PERIPH_DMA2,Enable);

    /* Enable DMA. */
    DMA_Cmd(M4_DMA1,Enable);

    /* Initialize DMA. */
    MEM_ZERO_STRUCT(stcDmaInit);
    stcDmaInit.u16BlockSize = 1u; /* 1 block */
    stcDmaInit.u32SrcAddr = ((uint32_t)(&M4_USART4->DR)+2ul); /* Set source address. */
    stcDmaInit.u32DesAddr = (uint32_t)(&ecd_buf);     /* Set destination address. */
    stcDmaInit.stcDmaChCfg.enSrcInc = AddressFix;  /* Set source address mode. */
    stcDmaInit.stcDmaChCfg.enDesInc = AddressIncrease;  /* Set destination address mode. */
    stcDmaInit.stcDmaChCfg.enIntEn = Enable;       /* Enable interrupt. */
    stcDmaInit.stcDmaChCfg.enTrnWidth = Dma8Bit;   /* Set data width 8bit. */
    DMA_InitChannel(M4_DMA1, DmaCh0, &stcDmaInit);

    /* Enable the specified DMA channel. */
    DMA_ChannelCmd(M4_DMA1, DmaCh0, Enable);

    /* Clear DMA flag. */
    DMA_ClearIrqFlag(M4_DMA1, DmaCh0, TrnCpltIrq);

    /* Enable peripheral circuit trigger function. */
    PWC_Fcg0PeriphClockCmd(PWC_FCG0_PERIPH_AOS,Enable);

    /* Set DMA trigger source. */
    DMA_SetTriggerSrc(M4_DMA1, DmaCh0, EVT_USART4_RI);

    /* Set DMA block transfer complete IRQ */
    stcIrqRegiCfg.enIRQn = Int030_IRQn;
    stcIrqRegiCfg.pfnCallback = &DmaBtcIrqCallback;
    stcIrqRegiCfg.enIntSrc = INT_DMA1_BTC0;
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiCfg);
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiCfg.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_DEFAULT);
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
}

【2】串口接收中断就不用了，由DMA直接接收即可：

//串口接收错误中断回调
static void Usart4ErrIrqCallback(void)
{
    if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartFrameErr))
        USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartFrameErr);

    if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartParityErr))
        USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartParityErr);

    if (Set == USART_GetStatus(M4_USART4, UsartOverrunErr))
        USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartOverrunErr);
}

//串口接收超时中断回调
static void Usart4TimeoutIrqCallback(void)
{
    TIMER0_Cmd(M4_TMR02, Tim0_ChannelB,Disable);
    USART_ClearStatus(M4_USART4, UsartRxTimeOut);
    
    DMA_ChannelCmd(M4_DMA1, DmaCh0, Disable);  //超时重启DMA，以进行新一轮的接收
    DMA_SetDesAddress(M4_DMA1, DmaCh0, (uint32_t)(ecd_buf));
	DMA_SetTransferCnt(M4_DMA1, DmaCh0, ENCODER_LEN);
    DMA_ChannelCmd(M4_DMA1, DmaCh0, Enable);
}

void initUART4(void)
{
    en_result_t enRet = Ok;
    stc_irq_regi_conf_t stcIrqRegiCfg;
    
    /*配置串口使用的时钟和基本通信配置*/
    const stc_usart_uart_init_t stcInitCfg = {
        UsartIntClkCkOutput,
        UsartClkDiv_1,
        UsartDataBits8,
        UsartDataLsbFirst,
        UsartOneStopBit,
        UsartParityNone,
        UsartSampleBit8,
        UsartStartBitFallEdge,
        UsartRtsEnable,
    };
    
    DmaInit();
    
    /*打开时钟*/
    PWC_Fcg1PeriphClockCmd(PWC_FCG1_PERIPH_USART4, Enable);
    
    /*配置相应的IO作为串口的RX引脚*/
    PORT_SetFunc(USART4_RX_PORT, USART4_RX_PIN, USART4_RX_FUNC, Disable);

    /*初始化串口配置*/
    enRet = USART_UART_Init(M4_USART4, &stcInitCfg);
    if (enRet != Ok)while (1);
    /*串口波特率设置*/
    enRet = USART_SetBaudrate(M4_USART4, USART4_BAUDRATE);
    if (enRet != Ok)while (1);
    
    /*设置串口接收中断舍弃*/
    
    /*设置串口接收错误中断*/
    stcIrqRegiCfg.enIRQn = USART4_ERR_IRQn;
    stcIrqRegiCfg.pfnCallback = &Usart4ErrIrqCallback;
    stcIrqRegiCfg.enIntSrc = INT_USART4_EI;
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiCfg);
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiCfg.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_DEFAULT);
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    
    /*设置接收超时中断*/
    stcIrqRegiCfg.enIRQn = USART4_RTO_IRQn;
    stcIrqRegiCfg.pfnCallback = &Usart4TimeoutIrqCallback;
    stcIrqRegiCfg.enIntSrc = INT_USART4_RTO;
    enIrqRegistration(&stcIrqRegiCfg);
    NVIC_SetPriority(stcIrqRegiCfg.enIRQn, DDL_IRQ_PRIORITY_DEFAULT);
    NVIC_ClearPendingIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);
    NVIC_EnableIRQ(stcIrqRegiCfg.enIRQn);

    
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartRx, Enable);//使能接收
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartRxInt, Enable);//使能接收中断
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartTimeOut, Enable);//使能超时
    USART_FuncCmd(M4_USART4, UsartTimeOutInt, Enable);//使能超时中断
}

        项目中只需要用到串口数据的接收，所以这边没有DMA发送的内容。

六 总结

         综上，便可以通过串口接收超时中断或者串口接收超时中断+DMA进行接收了。通过DEBUG也可以看到ecd_buf中的数据按顺序排列为0x00,0x00,0xDD,0x2E,0x38,0x77，与逻辑分析仪中的一致：

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