目錄
USART3_DR的接收地址
DMA的通道
DMA的中斷
USART接收回調函數
頭文件源碼
DMA的基本配置
環形隊列接收數據
函數原型
參考用例
總結
硬件：stm32f103cbt6
軟件：STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0
DMA，直接內存存取，串口可以用它的數據雙手釋放CPU的靈魂，所以，高效本文通過USART3進行串口收發，接收接受使用DMA的串口方式，無需CPU進行干預，數據當接受完成之后，高效數據可以直接從內存的接收緩沖區讀取，從而減少了CPU的串口壓力。
具體的代碼實現如下：
usart_driver.h?封裝了接口，數據接收回調函數類型，基本數據結構等；usart_driver.c?函數原型實現，中斷服務函數實現等；
拷貝這兩個文件即可，可以根據目錄下的參考用例，進行初始化。
頭文件usart_driver.h已經聲明了外部函數可能用到的接口；
USART3_DR的地址
因為USART3接收到數據會存在DR寄存器中，而DMA控制器則負責將該寄存器中的內容一一搬運到內存的緩沖區中（比如你定義的某個數組中），所以這里需要告訴DMA控制去哪里搬運，因此需要設置USART3_DR的總線地址。
USART3的基址如下圖所示；
DR寄存器的偏移地址如下圖所示；
所以最終地址為：0x40004800 + 0x004#define USART_DR_Base 0x40004804
DMA的通道
因為有很多外設都可以使用DMA，比如ADC，I2C，SPI等等，所以，不同的外設就要選擇屬于自己的DMA通道，查找參考手冊；
因此USART3_RX在這里會使用DMA1的通道3，這都是硬件上已經預先分配好的，我們需要遵循這個規則。所以在代碼中我們做出相應的定義；如下所示；
#define?USART_Rx_DMA_Channel????DMA1_Channel3
DMA的中斷
DMA支持三種中斷：傳輸過半，傳輸完成，傳輸出錯；
因此在使用是相當安全也相當靈活，而本文只是用了傳輸完成中斷；如下定義了，傳輸完成中斷的標志位，DMA1_FLAG_TC3也就對應了圖中的TCIF；
#define?USART_Rx_DMA_FLAG???????DMA1_FLAG_TC3
USART接收回調函數
在STM32的HAL中封裝了大量外設的回調函數，使用起來十分方便，但是標準庫中則沒有這樣的做法，但是這里我們可以自己實現，rx_cbk就是回調，即串口數據接收完成就會執行已經注冊的回調函數；
typedef?void?(*rx_cbk)(void*?args);
通過使用接口usart_set_rx_cbk進行回調函數的注冊，pargs為將傳遞的參數指針；
void?usart_set_rx_cbk(uart_mod_t?*pmod,?rx_cbk?pfunc,void?*pargs);
頭文件源碼
#ifndef?USART_DRIVER_H
#define?USART_DRIVER_H
#include?
#include?
/*?Private?function?prototypes?-----------------------------------------------*/
#define?USE_MICROLIB_USART?1
#if?USE_MICROLIB_USART
#ifdef?__GNUC__
/*?With?GCC/RAISONANCE,?small?printf?(option?LD?Linker->Libraries->Small?printf
???set?to?'Yes')?calls?__io_putchar()?*/
#define?PUTCHAR_PROTOTYPE?int?__io_putchar(int?ch)
#else
#define?PUTCHAR_PROTOTYPE?int?fputc(int?ch,?FILE?*f)
//#define?GETCHAR_PROTOTYPE?int?fgetc(FILE?*f)
#endif?/*?__GNUC__?*/
extern?PUTCHAR_PROTOTYPE;
#else
#endif
?
//default?8N1
#define?COM_PORT?USART3
#define?TX_PIN??GPIO_Pin_10
#define?RX_PIN??GPIO_Pin_11
#define?BAUDRATE?115200
#define?IRQ_UART_PRE?3
#define?IRQ_UART_SUB?3
#define?USART_Rx_DMA_Channel????DMA1_Channel3
#define?USART_Rx_DMA_FLAG???????DMA1_FLAG_TC3
#define?USART_DR_Base???????????0x40004804
#define?USART_BUF_SIZE???((uint16_t)16)
typedef?void?(*rx_cbk)(void*?args);
struct?uart_mod?{
?
?uint8_t?rx_buf[USART_BUF_SIZE];
?uint8_t?rx_dat_len;
?uint8_t?head;
?uint8_t?tail;?
?
?void?(*init)(void);
?
?void?*pargs;
?rx_cbk?pfunc_rx_cbk;
};
typedef?struct?uart_mod?uart_mod_t;
extern??uart_mod_t?user_uart_mod;
void?usart_init(void);
void?usart_set_rx_cbk(uart_mod_t?*pmod,?rx_cbk?pfunc,void?*pargs);
void?usart_send_char(char?ch);
void?usart_test_echo(void);
uint8_t?usart_recv_char(void);
int?usart_printf(const?char?*fmt,?...);
//extern?GETCHAR_PROTOTYPE;
#endif
DMA的基本配置
串口接收DMA的配置在函數dma_init中；
static?void?dma_init(void)
已經定義了數據緩沖區，如下：
uint8_t?RxBuffer[USART_BUF_SIZE]?=?{ ?0?};
因此需要在DMA的配置中設置USART_DR的地址，和數據緩沖區的地址，以及兩者的大?。贿€有就是數據流向；
寄存器流向內存； 內存流向寄存器；這個需要搞清楚；相關配置如下所示；
?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr?=?USART_DR_Base;
?DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr?=?(uint32_t)RxBuffer;??
?DMA_InitStructure.DMA_BufferSize?=?USART_BUF_SIZE;
?DMA_InitStructure.DMA_DIR?=?DMA_DIR_PeripheralSRC;
注意：DMA_DIR_PeripheralSRC表示，外設作為源地址，數據是從外設寄存器流向內存，即DMA會把數據從地址USART_DR_Base搬運到RxBuffer去。如果這個地方搞錯，會導致RxBuffer始終沒有你想要的數據。
環形隊列接收數據
線性緩沖區會因為緩沖器接收數據已滿導致無法繼續接收的問題；而環形隊列進行接收的話，會自動進行覆蓋，這樣一來，在讀取數據的時候，也要配置一個環形隊列進行數據處理，下面的配置是把DMA配置為循環模式；
DMA_InitStructure.DMA_Mode?=?DMA_Mode_Circular;
在結構體user_uart_mod中，則用兩個變量分別指向隊首head和隊尾tail；具體數據的讀取在函數USART3_IRQHandler中，會把數據從內存的RxBuffer讀取到結構體user_uart_mod的成員變量rx_buf中；最終調用回調函數。
函數原型
usart_driver.c
#include?
#include?
#include?"stm32f10x_usart.h"
#include?"usart_driver.h"
uint8_t?RxBuffer[USART_BUF_SIZE]?=?{ ?0?};
uart_mod_t?user_uart_mod?=?{
?.rx_dat_len?=?0,
?.head?=?0,
?.tail?=?0,
?.pfunc_rx_cbk?=?NULL,
?.pargs?=?NULL
};
static?USART_InitTypeDef?USART_InitStructure;
static?void?rcc_init(void){
?RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,?ENABLE);
?/*?Enable?GPIO?clock?*/
?RCC_APB2PeriphClockCmd(?RCC_APB2Periph_GPIOB?
???????|?RCC_APB2Periph_AFIO,?ENABLE);
?RCC_APB1PeriphClockCmd(?RCC_APB1Periph_USART3,?ENABLE);
}
static?void?gpio_init(void){
??GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStructure;
??/*?Configure?USART?Tx?as?alternate?function?push-pull?*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_AF_PP;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?TX_PIN;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Speed?=?GPIO_Speed_50MHz;
??GPIO_Init(GPIOB,?&GPIO_InitStructure);
??/*?Configure?USART?Rx?as?input?floating?*/
??GPIO_InitStructure.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_IN_FLOATING;
??GPIO_InitStructure.GPIO_Pin?=?RX_PIN;
??
??GPIO_Init(GPIOB,?&GPIO_InitStructure);
}
static?void?dma_init(void){
??DMA_InitTypeDef?DMA_InitStructure;
??/*?USARTy_Tx_DMA_Channel?(triggered?by?USARTy?Tx?event)?Config?*/
?
?DMA_DeInit(USART_Rx_DMA_Channel);
?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr?=?USART_DR_Base;
?DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr?=?(uint32_t)RxBuffer;
?//DMA_InitStructure.DMA_DIR?=?DMA_DIR_PeripheralDST;
?DMA_InitStructure.DMA_DIR?=?DMA_DIR_PeripheralSRC;
?DMA_InitStructure.DMA_BufferSize?=?USART_BUF_SIZE;
?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc?=?DMA_PeripheralInc_Disable;
?DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc?=?DMA_MemoryInc_Enable;
?DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize?=?DMA_PeripheralDataSize_Byte;
?DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize?=?DMA_MemoryDataSize_Byte;
?DMA_InitStructure.DMA_Mode?=?DMA_Mode_Circular;
?DMA_InitStructure.DMA_Priority?=?DMA_Priority_VeryHigh;
?DMA_InitStructure.DMA_M2M?=?DMA_M2M_Disable;
?DMA_Init(USART_Rx_DMA_Channel,?&DMA_InitStructure);
}
static?void?irq_init(void){
?NVIC_InitTypeDef?NVIC_InitStructure;
?/*?Enable?the?USART3_IRQn?Interrupt?*/
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel?=?USART3_IRQn;
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority?=?IRQ_UART_PRE;
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority?=?IRQ_UART_SUB;
?NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd?=?ENABLE;
?NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
void?usart_send_char(char?ch){
?/*?Loop?until?the?end?of?transmission?*/
?//while?(USART_GetFlagStatus(COM_PORT,?USART_FLAG_TC)?==?RESET){ }
?while((COM_PORT->SR?&?USART_FLAG_TC)?!=?USART_FLAG_TC){
?
?}?
?USART_SendData(COM_PORT,?(uint8_t)?ch);
}
uint8_t?usart_recv_char(){
?/*?Wait?the?byte?is?entirely?received?by?USARTy?*/
????//while(USART_GetFlagStatus(COM_PORT,?USART_FLAG_RXNE)?==?RESET){ }
?while((COM_PORT->SR?&?USART_FLAG_RXNE)?!=?USART_FLAG_RXNE){
?
?}
?
????/*?Store?the?received?byte?in?the?RxBuffer1?*/
????return?(uint8_t)USART_ReceiveData(COM_PORT);
}
int?usart_printf(const?char?*fmt,?...?)
{
????uint8_t?i?=?0;
????uint8_t?usart_tx_buf[128]?=?{ ?0?};
????va_list?ap;
????va_start(ap,?fmt?);
????vsprintf((char*)usart_tx_buf,?fmt,?ap);
????va_end(ap);
?
?while(usart_tx_buf[i]?&&?i???usart_send_char(usart_tx_buf[i]);???
??i++;
?}?
????usart_send_char('\0');
?return?0;
}
void?usart_test_echo(){
?uint8_t?tmp_dat?=?0xff;
?tmp_dat?=?usart_recv_char();
?usart_send_char(tmp_dat);
}
void?usart_init(void){
?rcc_init?();
?gpio_init?();
?irq_init();
?
?/*?USARTx?configured?as?follow:
??-?BaudRate?=?115200?baud??
??-?Word?Length?=?8?Bits
??-?One?Stop?Bit
??-?No?parity
??-?Hardware?flow?control?disabled?(RTS?and?CTS?signals)
??-?Receive?and?transmit?enabled
?*/
?USART_InitStructure.USART_BaudRate?=?BAUDRATE;
?USART_InitStructure.USART_WordLength?=?USART_WordLength_8b;
?USART_InitStructure.USART_StopBits?=?USART_StopBits_1;
?USART_InitStructure.USART_Parity?=?USART_Parity_No;
?USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl?=?USART_HardwareFlowControl_None;
?USART_InitStructure.USART_Mode?=?USART_Mode_Rx?|?USART_Mode_Tx;
?/*?USART?configuration?*/
?USART_Init(COM_PORT,?&USART_InitStructure);
?USART_ITConfig(COM_PORT,?USART_IT_IDLE,?ENABLE);
?//USART_ITConfig(COM_PORT,?USART_IT_RXNE,?ENABLE);
?/*?Enable?USART?*/
?USART_Cmd(COM_PORT,?ENABLE);
?
?USART_DMACmd(COM_PORT,USART_DMAReq_Rx,?ENABLE);
?dma_init();
?DMA_ITConfig(USART_Rx_DMA_Channel,?DMA_IT_TC,?ENABLE);?
?DMA_ITConfig(USART_Rx_DMA_Channel,?DMA_IT_TE,?ENABLE);
?DMA_Cmd(USART_Rx_DMA_Channel,?ENABLE);?
}
void?usart_set_rx_cbk(uart_mod_t?*pmod,?rx_cbk?pfunc,void?*pargs){
?pmod->pargs?=?pargs;
?pmod->pfunc_rx_cbk?=?pfunc;
}
void?DMA1_Channel3_IRQHandler(void){
?????if(DMA_GetITStatus(USART_Rx_DMA_FLAG)?==?SET){ ????????
????????DMA_ClearITPendingBit(USART_Rx_DMA_FLAG);
????}
}
/**
??*?@brief??This?function?handles?USART3?global?interrupt?request.
??*?@param??None
??*?@retval?None
??*/
void?USART3_IRQHandler(void)
{
?uint8_t?buf[USART_BUF_SIZE];
?uint16_t?rect_len?=?0;
?if(USART_GetITStatus(COM_PORT,?USART_IT_IDLE)?!=?RESET)?
?{
??uint8_t?i?=?0;
??USART_ReceiveData(COM_PORT);
??user_uart_mod.head?=?USART_BUF_SIZE?-?DMA_GetCurrDataCounter(USART_Rx_DMA_Channel);??
??//fifo?is?not?full?
??while(user_uart_mod.head%USART_BUF_SIZE?!=?user_uart_mod.tail%USART_BUF_SIZE){ ???
???user_uart_mod.rx_buf[i++]?=?RxBuffer[user_uart_mod.tail++%USART_BUF_SIZE];
??}
??user_uart_mod.rx_dat_len?=?i;
??//DMA_Cmd(USART_Rx_DMA_Channel,?ENABLE);
??if(user_uart_mod.pfunc_rx_cbk?!=?NULL){
???user_uart_mod.pfunc_rx_cbk(user_uart_mod.pargs);
??}
?}
?USART_ClearITPendingBit(COM_PORT,?USART_IT_IDLE);
?//USART_ClearITPendingBit(COM_PORT,?USART_IT_RXNE);
}
#if?USE_MICROLIB_USART
/**
??*?@brief??Retargets?the?C?library?printf?function?to?the?USART.
??*?@param??None
??*?@retval?None
??*/
PUTCHAR_PROTOTYPE
{
?/*?Place?your?implementation?of?fputc?here?*/
?/*?e.g.?write?a?character?to?the?USART?*/
?USART_SendData(COM_PORT,?(uint8_t)?ch);
?/*?Loop?until?the?end?of?transmission?*/
?while?(USART_GetFlagStatus(COM_PORT,?USART_FLAG_TC)?==?RESET)
?{ }
?return?ch;
}
#else
#pragma?import(__use_no_semihosting)??????????????????????????
struct?__FILE?
{ ?
?int?handle;?
};?
FILE?__stdout;???????
int?_sys_exit(int?x)
{ ?
?x?=?x;?
?return?0;
}?
int?fputc(int?ch,?FILE?*f)
{ ??????
?/*?Place?your?implementation?of?fputc?here?*/
?/*?e.g.?write?a?character?to?the?USART?*/
?USART_SendData(COM_PORT,?(uint8_t)?ch);
?/*?Loop?until?the?end?of?transmission?*/
?while?(USART_GetFlagStatus(COM_PORT,?USART_FLAG_TC)?==?RESET)
?{ }
?return?ch;
}
#endif
參考用例
這里需要調用usart_init，并設置回調函數，如果不設置，則不會執行回調。
void?motor_get_cmd_from_uart(void?*pargs){
?
?if(pargs?==?NULL){
??return;
?}?
?uart_mod_t?*p?=?pargs;
?if(p->rx_dat_len?>?0?&&?p->rx_dat_len?==?PACKAGE_SIZE){
??if(p->rx_buf[0]?==?PACKAGE_HEAD?
??&&?p->rx_buf[PACKAGE_SIZE?-?1]?==?PACKAGE_TAIL){
???user_cmd_mod.head?=?p->rx_buf[0];
???user_cmd_mod.cmd.value_n[0]?=?p->rx_buf[1];
???user_cmd_mod.cmd.value_n[1]?=?p->rx_buf[2];
???
???user_cmd_mod.option?=?p->rx_buf[3];
???
???user_cmd_mod.data.value_n[0]?=?p->rx_buf[4];
???user_cmd_mod.data.value_n[1]?=?p->rx_buf[5];
???user_cmd_mod.data.value_n[2]?=?p->rx_buf[6];
???user_cmd_mod.data.value_n[3]?=?p->rx_buf[7];
???
???user_cmd_mod.tail?=?p->rx_buf[PACKAGE_SIZE?-?1];
???user_cmd_mod.process_flag?=?1;
??}??
?}
?p->rx_dat_len?=?0;?
}
int?main(void){
?usart_init();
?usart_set_rx_cbk(&user_uart_mod,?motor_get_cmd_from_uart,&user_uart_mod);
}
總結
本文簡單介紹了基于STM32基于DMA，利用串口空閑中斷進行串口數據接收的具體配置和實現方法，代碼基于標準庫3.5版本；
因為標準庫ST目前已經不再更新，并且ST提供了cubemx工具可以進行基于HAL庫和LL庫的外設快速配置，從而簡化大量工作；當然為了不掉頭發感覺擼寄存器也不錯，最終適合自己的才是最好的。
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