STM32-HAL库串口DMA空闲中断的正确使用方式+解析SBUS信号

news2024/11/27 16:47:28

STM32-HAL库串口DMA空闲中断的正确使用方式+解析SBUS信号

  • 一. 问题描述
  • 二. 方法一——使用HAL_UART_Receive_DMA
  • 三. 方法二——使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA
  • 四. 方法三——使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT（不使用DMA）
  • 五. 总结

一. 问题描述

能够点进这篇文章的小伙伴肯定是对STM32串口DMA空闲中断接收数据感兴趣的啦，今天用这一功能实现串口解析航模遥控器sbus信号时，查阅了很多网友发布的文章（勤劳的搬运工~），包括自己之前写过一篇博客 STM32_HAL库_CubeMx串口DMA通信（DMA发送+DMA空闲接收不定长数据）。本文进一步梳理一下HAL库串口空闲中断三种不同的使用方式，其中前两种使用DMA方式，最后一种使用HAL库自带的空闲中断机制。

本文环境：

  • Keil MDK5.14
  • STM32CubeMX6.2.1
  • 开发板/芯片：自制板/STM32F407ZGT6

实现功能：

  • 串口DMA/非DMA空闲中断接收不定长数据/解析航模遥控器SBUS信号

二. 方法一——使用HAL_UART_Receive_DMA

最常见的方法就是使用HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)这个库函数，其使用方法类似于HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)，初始化时需要调用一次，然后每次在中断服务函数里面处理完数据后重新调用一次。

使用HAL_UART_Receive_IT只需要打开串口接收中断，即HAL_NVIC_EnableIRQ(UART5_IRQn);

使用HAL_UART_Receive_DMA空闲中断需要在初始化时打开串口空闲中断使能，调用方式为：__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE)。

此时DMA中断可开可不开，开了也不用管，因为数据处理是在串口空闲中断中进行的。

1. 串口初始化代码：

void MX_USART2_UART_Init(void)
{
	huart2.Instance = USART2;
	huart2.Init.BaudRate = 100000;
	huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B;
	huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
	huart2.Init.Parity = UART_PARITY_EVEN;
	huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
	huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
	huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
	if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}

	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE);		// 开启串口空闲中断，必须调用
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN);		// 启动DMA接收
}

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
	if(uartHandle->Instance==USART2)
	{
		 __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();
		 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
		 
		 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
		 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
		 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART2;
		 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
		
		 hdma_usart2_rx.Instance = DMA1_Stream5;
		 hdma_usart2_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
		 hdma_usart2_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
		 hdma_usart2_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
		 hdma_usart2_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
		 hdma_usart2_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
		 hdma_usart2_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
		 hdma_usart2_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
		 hdma_usart2_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
		 hdma_usart2_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
		 if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart2_rx) != HAL_OK)
		 {
		   Error_Handler();
		 }
		
		 __HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart2_rx);
		
		 /* USART2 interrupt Init */
		 HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 0, 0);
		 HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);
	}
}

初始化中调用__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE)开启空闲中断，HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN)启动DMA串口接收，USART2_RX_BUF是接收缓冲区，USART_REC_LEN是定义的DMA接收缓冲区长度，接收的数据不能超过这个长度。

2. 中断处理：

中断处理有两种方式，第一种是直接定义在void USART1_IRQHandler(void)中，第二种是自定义一个函数，然后在void USART1_IRQHandler(void)中调用。注意网上很多资源自定义了中断回调函数但代码又没贴全，读者可能以为是HAL库自带的回调函数，结果因为没有在void USART1_IRQHandler(void)中调用导致失败。

第一种形式——直接定义：

void USART2_IRQHandler(void)
{
	uint32_t tmp_flag ;
	u8 len;
	u8 data[25];
	tmp_flag  = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart2, UART_FLAG_IDLE);

	if( tmp_flag  != RESET)
	{
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);//清除标志位
		HAL_UART_DMAStop(&huart2); //停止DMA接收，防止数据出错
	
		len = USART_REC_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);// 获取DMA中传输的数据个数
		
		// 以下为用户数据处理，将数据拷贝出去
		if(len == 25)
		{
			memcpy(data,USART2_RX_BUF,len);
			update_sbus(data);
		}
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN);   //打开DMA接收，数据存入rx_buffer数组中。
	}
	
	HAL_UART_IRQHandler(&huart2); //调用HAL库中断处理公用函数
}

第二种形式——自定义回调函数：

void HAL_UART_IdleCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	uint32_t tmp_flag ;
	u8 len;
	u8 data[25];

	if (huart->Instance == USART2)
	{
		tmp_flag  = __HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_IDLE);
		if( tmp_flag  != RESET)
		{
			__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart);//清除标志位
			HAL_UART_DMAStop(huart); //停止DMA接收
		
			len = USART_REC_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);// 获取DMA中传输的数据个数
			
			// 以下为用户数据处理，将数据拷贝出去
			if(len == 25)
			{
				memcpy(data,USART2_RX_BUF,len);
				update_sbus(data);
			}
			HAL_UART_Receive_DMA(huart,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN);   //打开DMA接收，数据存入rx_buffer数组中。
		}
	}
}

void USART2_IRQHandler(void)
{
	HAL_UART_IdleCpltCallback(&huart2)
	HAL_UART_IRQHandler(&huart2); //调用HAL库中断处理公用函数
}

再次提醒一下，HAL库中并没有类似void HAL_UART_IdleCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)这样的回调函数，大家不要看到了以为是自带的回调函数而不在void USART2_IRQHandler(void)中调用而导致失败。

中断处理中的函数说明：
__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_IDLE)：返回中断标志位，产生空闲中断后会返回1；
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2)：清除空闲中断标志位，必须调用；
HAL_UART_DMAStop(&huart2)：停止DMA接收，防止数据处理出错，数据处理完成后重新打开；
__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx)：返回DMA中未传输的数据量，用缓冲区总长减去未传输数量就是已接收的数据长度；
HAL_UART_Receive_DMA(huart,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN)：重新打开DMA接收。

以上就能成功实现不定长数据的接受了，其实只要步骤对了还是很简单的。

三. 方法二——使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA

第二种方式是使用HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)这个库函数，并重定义void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)这个中断回调函数。

Attention：__weak void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)是正儿八经的库函数（弱函数），不是自定义的，我们可以重定义它。

使用这个库函数，串口初始化代码中就不需要调用__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE)了，因为HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA函数内部已经打开了空闲中断，当然你加上也没事。

1. 串口初始化代码：

void MX_USART2_UART_Init(void)
{
	huart2.Instance = USART2;
	huart2.Init.BaudRate = 100000;
	huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B;
	huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
	huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
	huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
	huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
	huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
	if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}

	//__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE);// 开启串口空闲中断，可省略
	HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN);		// 使用串口DMA空闲中断,会自动开启空空闲中断
}

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
	if(uartHandle->Instance==USART2)
	{
		 __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();
		 __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
		 
		 GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3;
		 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
		 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
		 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
		 GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART2;
		 HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
		
		 hdma_usart2_rx.Instance = DMA1_Stream5;
		 hdma_usart2_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;
		 hdma_usart2_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
		 hdma_usart2_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
		 hdma_usart2_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
		 hdma_usart2_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
		 hdma_usart2_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
		 hdma_usart2_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
		 hdma_usart2_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
		 hdma_usart2_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
		 if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart2_rx) != HAL_OK)
		 {
		   Error_Handler();
		 }
		
		 __HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart2_rx);
		
		 /* USART2 interrupt Init */
		 HAL_NVIC_SetPriority(USART2_IRQn, 0, 0);
		 HAL_NVIC_EnableIRQ(USART2_IRQn);
	}
}

这里__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE)是可省略的，HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN)启动DMA串口空闲中断接收，USART2_RX_BUF是接收缓冲区，USART_REC_LEN是定义的DMA接收缓冲区长度，接收的数据不能超过这个长度。

2. 中断处理：

中断处理定义在void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)这个中断回调函数中。

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
	u8 len;
	u8 data[25];
	if(huart->Instance == USART2)
	{
		HAL_UART_DMAStop(huart);
		len = USART_REC_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);// 获取DMA中传输的数据个数
		if (USART2_RX_BUF[0] == 0x0F && len == 25)	//接受完一帧数据
		{
			memcpy(data,USART2_RX_BUF,len);
			update_sbus(data);
		}
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN);		// 再次开启DMA空闲中断
	}
}	

void USART2_IRQHandler(void)
{
	HAL_UART_IRQHandler(&huart2); //调用HAL库中断处理公用函数
}

当然也可以像方法一种一样，中断逻辑处理直接定义在void USART2_IRQHandler(void)中。

四. 方法三——使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT（不使用DMA）

这种方法参考这篇文章： STM32 hal库串口空闲中断最新用法

使用方法：
1、在主函数中调用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(）
2、在回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback()中做中断逻辑处理。

这里我换用串口4，实现上位机发送，单片机原封不动返回数据。

1. 串口初始化代码：

void MX_UART4_Init(void)
{
	huart4.Instance = UART4;
	huart4.Init.BaudRate = 115200;
	huart4.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
	huart4.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
	huart4.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
	huart4.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
	huart4.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
	huart4.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
	if (HAL_UART_Init(&huart4) != HAL_OK)
	{
		Error_Handler();
	}
	// HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT同时开启空闲中断，开启接收
	HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart4,USART4_RX_BUF,USART_REC_LEN);
}

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
	if(uartHandle->Instance==UART4)
	{
		 __HAL_RCC_UART4_CLK_ENABLE();
	    __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
	  
	    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10|GPIO_PIN_11;
	    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
	    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;
	    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF8_UART4;
	    HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
	
	    HAL_NVIC_SetPriority(UART4_IRQn, 0, 0);
	    HAL_NVIC_EnableIRQ(UART4_IRQn);
	}
}

可以看到这里是没有使用DMA的，初始化中调用了HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart4,USART4_RX_BUF,USART_REC_LEN)来开启串口4的空闲中断，USART4_RX_BUF是接收缓冲区，USART_REC_LEN是缓冲区的长度。这里可以看下库中HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT的定义和提示：

在这里插入图片描述

框1的地方说，这个函数用于在中断模式下接收一定量数据，直到指定的数据长度被接收到或者空闲中断产生。也就是说，如果USART_REC_LEN定义很小，还没到产生空闲中断，接收就会完成。

框2的地方，即是打开串口空闲中断。所以不需要额外再去开启空闲中断了。

2. 中断处理：

中断处理定义在void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)这个中断回调函数中。注意到，和使用DMA传输时是同一个回调函数。

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
	u8 len=0;
	u8 data[25];
	u8 uart4_len=0;
	u8 uart4_data[50];
	if(huart->Instance == USART2)
	{
		HAL_UART_DMAStop(huart);
		len = USART_REC_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);// 获取DMA中传输的数据个数
		if (USART2_RX_BUF[0] == 0x0F && len == 25)	//接受完一帧数据
		{
			memcpy(data,USART2_RX_BUF,len);
			update_sbus(data);
		}
		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart2,USART2_RX_BUF,USART_REC_LEN);		// 再次开启DMA空闲中断
	}
	
	if(huart->Instance == UART4)
	{		
		while (USART4_RX_BUF[uart4_len] != '\0')	uart4_len++;
		memcpy(uart4_data,USART4_RX_BUF,uart4_len);
		HAL_UART_Transmit(&huart4,uart4_data,uart4_len,0xff);
		
		// 调用printf是使用串口1
		printf("data: %s\r\n", uart4_data);	
		printf("data length: %d\r\n", uart4_len);	
		
		memset(USART4_RX_BUF, 0, USART_REC_LEN); 
		memset(uart4_data, 0, sizeof(uart4_data)); 

		HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart4,USART4_RX_BUF,USART_REC_LEN);
	}
}	

void USART2_IRQHandler(void)
{
	HAL_UART_IRQHandler(&huart2); //调用HAL库中断处理公用函数
}

void UART4_IRQHandler(void)
{
	HAL_UART_IRQHandler(&huart4); //调用HAL库中断处理公用函数
}

回调函数中就是读取USART4_RX_BUF缓冲区的数据和数据长度，然后做相应处理，这里只是简单的原数据发送回去，如果是SBSU信号或Modbus或其他带协议帧的数据，则可根据帧头帧尾、数据长度、校验位等做进一步处理。

最终实现的效果就是上位机发送什么，单片机返回什么，如图：

在这里插入图片描述

五. 总结

以上三种方式都能实现串口空闲中断接收不定长数据，适合用于处理不定长数据接收、减少CPU负担，相比较而言，方法三不使用DMA，使用上更简洁。方法一、二使用DMA，好处是可以减少CPU负担。

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