DMA利用好无疑会让串口使用起来更加高效,同时CPU还能处理自己的事情,但是DMA的使用却让代码变得更加的复杂,也使串口配置变得更加麻烦!麻烦???也许只是学习的方式不对,代码是变长了,但是思路清晰的话,也就是在原来串口加了点东西而已。本文让你轻轻松松学会串口DMA!定长数据传输与不定长数据传输都教会你!通过此文,希望能让更多人了解和会使用串口DMA,希望大家多多支持,有无问题都可以参与评论,如果写得好,希望可以给个赞,谢谢! 读本文前,如果你对DMA不是很了解的可以看我的这篇博文《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》,里面详细介绍了DMA的一些基础知识。
测试平台:STM32F103C8T6
库版本:官方库3.5版本
关键词:串口DMA;定长数据传输;不定长数据传输;中断方式
代码下载地址: (超详细、附讲解)串口DMA.zip (点击链接跳转)
(https://download.csdn.net/download/weixin_44524484/12417316)
本文针对串口2(USART2)如何进行DMA传输进行讲解,如果采用其他串口,注意要修改相应端口配置以及DMA通道。
通过我之前的博文《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》可以知道,串口2(USART2)的接收(USART2_RX)和发送(USART2_TX)分别在DMA1控制器的通道6和通道7。下图为DMA1控制器的请求映像图。
STM32F1中,USART2使用的是PA2(USART2_TX)和PA3(USART2_RX),为了方便阅读,使用到的资源列在下表。
外设 | GPIO口 | DMA请求映像通道 | 备注 |
---|---|---|---|
USART2_TX | PA2 | DMA1通道7 | RAM->USART2的数据传输 |
USART2_RX | PA3 | DMA1通道6 | USART2->RAM的数据传输 |
USART2的DMA配置在《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》中分别讲了库函数版和寄存器版两种配置,我这里直接搬用,不理解的可以看看《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》这篇文章。要注意的是库函数最大优势就是便于阅读,所以在DMA初始化配置中我们使用库函数。
首先,我们要先定义三个缓冲区(作全局定义),一个发送缓冲区,两个接收缓冲区,两个接收缓冲区是为了做双缓冲区,目的是为了防止后一次传输的数据覆盖前一次传输的数据,并且留出足够的时间让CPU处理缓冲区数据。双缓冲在串口DMA中有着很重要的意义并起着很大的作用!
//USART2_MAX_TX_LEN和USART2_MAX_RX_LEN在头文件进行了宏定义,分别指USART2最大发送长度和最大接收长度
u8 USART2_TX_BUF[USART2_MAX_TX_LEN]; //发送缓冲,最大USART2_MAX_TX_LEN字节
u8 u1rxbuf[USART2_MAX_RX_LEN]; //发送数据缓冲区1
u8 u2rxbuf[USART2_MAX_RX_LEN]; //发送数据缓冲区2
u8 witchbuf=0; //标记当前使用的是哪个缓冲区,0:使用u1rxbuf;1:使用u2rxbuf
u8 USART2_TX_FLAG=0; //USART2发送标志,启动发送时置1
u8 USART2_RX_FLAG=0; //USART2接收标志,启动接收时置1
要说明的是,实际上发送缓冲区可能用不上,因为我们要发送的数据内容和大小都不一定每次都是固定的,可以是变化的,我们只需重新指派新的发送缓冲区地址即可,但是在初始化中我们还是要指定一个发送缓冲区地址。
下面是DMA1_USART2的初始化函数。
void DMA1_USART2_Init(void)
{
DMA_InitTypeDef DMA1_Init;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE); //使能DMA1时钟
//DMA_USART2_RX USART2->RAM的数据传输
DMA_DeInit(DMA1_Channel6); //将DMA的通道6寄存器重设为缺省值
DMA1_Init.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)(&USART2->DR); //启动传输前装入实际RAM地址
DMA1_Init.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)u1rxbuf; //设置接收缓冲区首地址
DMA1_Init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; //数据传输方向,从外设读取到内存
DMA1_Init.DMA_BufferSize = USART2_MAX_RX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA1_Init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
DMA1_Init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址寄存器递增
DMA1_Init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常模式
DMA1_Init.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA通道 x拥有高优先级
DMA1_Init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init(DMA1_Channel6,&DMA1_Init); //对DMA通道6进行初始化
//DMA_USART2_TX RAM->USART2的数据传输
DMA_DeInit(DMA1_Channel7); //将DMA的通道7寄存器重设为缺省值
DMA1_Init.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)(&USART2->DR); //启动传输前装入实际RAM地址
DMA1_Init.DMA_MemoryBaseAddr = (u32)USART2_TX_BUF; //设置发送缓冲区首地址
DMA1_Init.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST; //数据传输方向,从内存发送到外设
DMA1_Init.DMA_BufferSize = USART2_MAX_TX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA1_Init.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; //外设地址寄存器不变
DMA1_Init.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; //内存地址寄存器递增
DMA1_Init.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; //数据宽度为8位
DMA1_Init.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal; //工作在正常模式
DMA1_Init.DMA_Priority = DMA_Priority_High; //DMA通道 x拥有高优先级
DMA1_Init.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; //DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init(DMA1_Channel7,&DMA1_Init); //对DMA通道7进行初始化
//DMA1通道6 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel6_IRQn; //NVIC通道设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3 ; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0; //子优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
//DMA1通道7 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel7_IRQn; //NVIC通道设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3 ; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //子优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
DMA_ITConfig(DMA1_Channel6,DMA_IT_TC,ENABLE); //开USART2 Rx DMA中断
DMA_ITConfig(DMA1_Channel7,DMA_IT_TC,ENABLE); //开USART2 Tx DMA中断
DMA_Cmd(DMA1_Channel6,ENABLE); //使DMA通道6停止工作
DMA_Cmd(DMA1_Channel7,DISABLE); //使DMA通道7停止工作
USART_DMACmd(USART2, USART_DMAReq_Tx, ENABLE); //开启串口DMA发送
USART_DMACmd(USART2, USART_DMAReq_Rx, ENABLE); //开启串口DMA接收
}
相应配置的讲解在《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》中讲解过,这里不再叙述,要注意的是,我们采用中断方式进行DMA传输。正常情况下,我们传输完数据要进行相应的处理,那我们怎么知道什么时候数据传输完成了呢?这时候就借助DMA传输完成中断。既然打开了中断,那一定要注意中断优先级,这里特别指出串口的中断优先级应低于串口DMA通道的中断优先级。
前面已经完成了DMA的配置,而DMA是不能单独使用的,所以不要忘了配置要用到的串口USART2。
void Initial_UART2(unsigned long baudrate)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART2,GPIOA时钟
//USART2_TX GPIOA.2初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA.2
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //GPIO速率50MHz
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA.2
//USART2_RX GPIOA.3初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; //PA.3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); //初始化GPIOA.3
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = baudrate; //串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ; //无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
//中断开启设置
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_IDLE, ENABLE); //开启检测串口空闲状态中断
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除USART2标志位
USART_Cmd(USART2, ENABLE); //使能串口2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn; //NVIC通道设置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 8; //抢占优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1; //响应优先级
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化NVIC寄存器
DMA1_USART2_Init(); //DMA1_USART2初始化
}
可以注意到,我这里定义的串口中断抢占优先级低于DMA中断的抢占优先级。细心点可以看到,我开启了串口空闲中断。为什么呢?因为通常情况下我们是不知道接收数据的长度的,这样我们是没有办法利用DMA传输完成标志位来判断是否完成接收,所以我们这里采用串口空闲中断来判断数据是否接收完成,接收完成了会进入串口空闲中断。串口配置的最后进行了串口2(USART2)DMA的初始化,这样直接初始化串口也直接包括了串口DMA的初始化,主函数初始化只需一步即可。
前面我们已经完成了串口的配置及DMA的配置,接下来讲讲怎么使用。
详细的使用下文进行介绍。
发送数据上有两种形式,一种是以数组的形式发送,此情况下要知道数组有效元素的个数;另一种就是类似“printf”的形式,此形式可以基于第一种情况稍作修改。
使用串口DMA发送数据,默认情况下我们要关闭DMA1通道7(即串口2的DMA发送通道),因为一旦开启通道7就会开始发送数据,没有要发送数据时自然是要关闭的。
发送数据步骤如下:
接下来给出串口DMA发送数据的代码。
//DMA 发送应用源码
void DMA_USART2_Tx_Data(u8 *buffer, u32 size)
{
while(USART2_TX_FLAG); //等待上一次发送完成(USART2_TX_FLAG为1即还在发送数据)
USART2_TX_FLAG=1; //USART2发送标志(启动发送)
DMA1_Channel7->CMAR = (uint32_t)buffer; //设置要发送的数据地址
DMA1_Channel7->CNDTR = size; //设置要发送的字节数目
DMA_Cmd(DMA1_Channel7, ENABLE); //开始DMA发送
}
//DMA1通道7中断
void DMA1_Channel7_IRQHandler(void)
{
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC7)!= RESET) //DMA接收完成标志
{
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC7); //清除中断标志
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除串口2的标志位
DMA_Cmd(DMA1_Channel7, DISABLE ); //关闭USART2 TX DMA1 所指示的通道
USART2_TX_FLAG=0; //USART2发送标志(关闭)
}
}
至此,串口DMA发送数据完成。细心点可以发现我这里居然直接配置寄存器,因为这样简单快捷,不用像库函数那样重新初始化DMA的配置。寄存器使用请查看《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》的寄存器那块的内容。
上述学习,使用DMA_USART2_Tx_Data();函数可以很方便的发送一个数组的数据,但是有时候我们还是喜欢使用printf();,今天讲串口DMA,当然要讲到位,让串口DMA也能实现强大的printf();功能。
首先需要用到以下两个库:
#include "string.h"
#include
这里我们重新编写一个属于自己的“printf”函数(注释很详细,不再讲解)。
void USART2_printf(char *format, ...)
{
//VA_LIST 是在C语言中解决变参问题的一组宏,所在头文件:#include ,用于获取不确定个数的参数。
va_list arg_ptr; //实例化可变长参数列表
while(USART2_TX_FLAG); //等待上一次发送完成(USART2_TX_FLAG为1即还在发送数据)
va_start(arg_ptr, format); //初始化可变参数列表,设置format为可变长列表的起始点(第一个元素)
// USART2_MAX_TX_LEN+1可接受的最大字符数(非字节数,UNICODE一个字符两个字节), 防止产生数组越界
vsnprintf((char*)USART2_TX_BUF, USART2_MAX_TX_LEN+1, format, arg_ptr); //从USART2_TX_BUF的首地址开始拼合,拼合format内容;USART2_MAX_TX_LEN+1限制长度,防止产生数组越界
va_end(arg_ptr); //注意必须关闭
DMA_USART2_Tx_Data(USART2_TX_BUF,strlen((const char*)USART2_TX_BUF)); //发送USART2_TX_BUF内容
}
说到接收数据,大家应该知道定长数据和不定长数据吧。实际应用中,如果你使用某传感器模块,一般传感器输出的数据包长度是固定,这就是定长数据;但使用中,我们也可能接收不定长数据,而且是很大可能,正如前面我介绍发送数据一样,我们我们输出的数据长度随时都会变化,这时候就是不定长数据了。
介绍如何使用串口DMA接收数据前,先得讲解双缓冲!双缓冲非常重要,在《 STM32 | DMA配置和使用如此简单(超详细)》中粗略讲了怎么使用,这里实战当然要细讲。如果接收中断间隔时间非常短(即发送数据帧的速率很快),MCU来不及处理此次接收到的数据,又产生中断,这时不能直接开启DMA通道,否则数据会被覆盖。有2种方式解决。
接收定长数据推荐直接使用DMA传输完成中断,只要DMA通道的DMA缓存的大小不变,每次缓存满了就会产生DMA传输完成中断,这样就能保住每次接收到的数据都是一样长度的。有人会说:“其实定长数据就是不定长数据的一种,何必使用使用DMA中断。”这句话有对的,但不全对!前面说过接收不定长数据我们采用串口空闲中断来实现,如果说串口接收到的数据是不连续的,那请问如何接收定长数据?加个变量计数?那麻不麻烦,老是中断你不累CPU都累。既然是定长数据,有个容器,容器满了就告诉CPU满了,这么简单的接收定长数据的方法何乐而不为呢!
//处理DMA1 通道6的接收完成中断
void DMA1_Channel6_IRQHandler(void)
{
u8 *p;
if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC6)!= RESET) //DMA接收完成标志
{
DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC6); //清除中断标志
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除USART2标志位
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, DISABLE ); //关闭USART2 TX DMA1 所指示的通道
if(witchbuf) //之前用的u2rxbuf,切换为u1rxbuf
{
p=u2rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u1rxbuf; //切换为u1rxbuf缓冲区地址
witchbuf=0; //下一次切换为u2rxbuf
}else //之前用的u1rxbuf,切换为u2rxbuf
{
p=u1rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u2rxbuf; //切换为u2rxbuf缓冲区地址
witchbuf=1; //下一次切换为u1rxbuf
}
DMA1_Channel6->CNDTR = USART2_MAX_RX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, ENABLE); //使能USART2 TX DMA1 所指示的通道
//******************↓↓↓↓↓这里作数据处理↓↓↓↓↓******************//
DMA_USART2_Tx_Data(p,USART2_MAX_RX_LEN);
//******************↑↑↑↑↑这里作数据处理↑↑↑↑↑******************//
}
}
上述代码可见,采用了双缓冲的方式,这样就有足够的时间来处理数据,粗略估算一下处理数据的时间为DMA通道重新开启到下一次中断产生(也就意味着处理数据的时间包括两次数据传输间的部分空闲时间+下次传输数据过程的时间)。这样完全够时间处理数据,我测试接收间隔时间1ms数据包也都不成问题。
悄悄说一句,如果你爱“作”,你可以搞个N缓冲区,当然,提前告诉你,这样子你只能在主函数中处理数据。
接收不定长数据相当于和串口聊天,每次聊天的内容都不一定一样,但每句话都会有间隔的时间,可以理解为空闲时间,由此可以利用串口空闲中断来判断一次数据传输是否完成。不过我虽定义了两个缓冲区,但对于不定长数据,还必须知道所接收数据的长度,只有这样才能正确处理数据。同样,我们还可以借助DMA的一个库函数DMA_GetCurrDataCounter()或直接读DMA通道x传输数量寄存器(DMA_CNDTRx)。
接收不定长数据大致上可以效仿定长数据的步骤。
//串口2中断函数
void USART2_IRQHandler(void)
{
u8 *p;
u8 USART2_RX_LEN = 0; //接收数据长度
if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_IDLE) != RESET) //串口2空闲中断
{
USART_ReceiveData(USART2); //清除串口2空闲中断IDLE标志位
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC); //清除USART2标志位
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, DISABLE ); //关闭USART2 TX DMA1 所指示的通道
USART2_RX_LEN = USART2_MAX_RX_LEN - DMA1_Channel6->CNDTR; //获得接收到的字节数
if(witchbuf) //之前用的u2rxbuf,切换为u1rxbuf
{
p=u2rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u1rxbuf; //切换为u1rxbuf缓冲区地址
witchbuf=0; //下一次切换为u2rxbuf
}else //之前用的u1rxbuf,切换为u2rxbuf
{
p=u1rxbuf; //先保存前一次数据地址再切换缓冲区
DMA1_Channel6->CMAR=(u32)u2rxbuf; //切换为u2rxbuf缓冲区地址
witchbuf=1; //下一次切换为u1rxbuf
}
DMA1_Channel6->CNDTR = USART2_MAX_RX_LEN; //DMA通道的DMA缓存的大小
DMA_Cmd(DMA1_Channel6, ENABLE); //使能USART2 TX DMA1 所指示的通道
//******************↓↓↓↓↓这里作数据处理↓↓↓↓↓******************//
DMA_USART2_Tx_Data(p,USART2_RX_LEN);
//******************↑↑↑↑↑这里作数据处理↑↑↑↑↑******************//
}
}
找不同,你找到了吗?串口2空闲中断和DMA1通道6接收完成中断仅仅三条代码不同,但是整个步骤也仅仅是多了一步。
USART2_RX_LEN = USART2_MAX_RX_LEN - DMA1_Channel6->CNDTR; //获得接收到的字节数
没错,就是多了这一步。因为接收的是不定长数据,所以必须求出数据长度,这里就用了个很巧妙的方法!DMA通道x传输数量寄存器(DMA_CNDTRx)在通道开启后该寄存器变为只读,指示剩余的待传输字节数目。寄存器内容在每次DMA传输后递减。所以用总缓冲区大小 - 剩下缓冲区大小即可求出使用掉的缓冲区大小,也就是接收数据的长度。
DMA_USART2_Tx_Data(p,USART2_RX_LEN);
第二条代码的不同就是在数据处理那里,因为数据长度不再是USART2_MAX_RX_LEN,自然要换成USART2_RX_LEN。
USART_ReceiveData(USART2); //清除串口2空闲中断IDLE标志位
第三条代码不同之处就是上面这条,同样是清除中断标志位,为什么不用USART_ClearITPendingBit(USART2,USART_IT_IDLE); 清除串口空闲中断标志位?
通过查阅中文参考手册,串口的状态寄存器(USART_SR)第四位IDLE位如下:
状态寄存器(USART_SR)
数据位 |
|
---|---|
位 4 | IDLE:监测到总线空闲 (IDLE line detected) 当检测到总线空闲时,该位被硬件置位。如果USART_CR1中的IDLEIE为’1’,则产生中断。由软件序列清除该位(先读USART_SR,然后读USART_DR)。 0:没有检测到空闲总线; 1:检测到空闲总线。 注意:IDLE位不会再次被置高直到RXNE位被置起(即又检测到一次空闲总线) |
可以发现,如果要清除空闲中断就必须读一次串口,于是使用USART_ReceiveData库函数读一次串口即可。
最后要注意的是,可接收不定长数据的长度不可大于或等于缓冲区设定的大小,即USART2_RX_LEN < USART2_MAX_RX_LEN。
本文详细介绍了串口DMA的配置和使用,也详细讲解了双缓冲的方式。在使用串口DMA的时候要注意的是接收定长数据和不定长数据的使用,如果接收定长数据且数据是连续的可以使用串口空闲中断,但要注意USART2_RX_LEN < USART2_MAX_RX_LEN;如果数据不是连续的,把串口空闲中断关闭,采用DMA传输完成中断来接收定长数据。如果看过我的这篇博文《 STM32 | 基于NRF24L01串口透传(不定长数据无线串口双向传输) 》应该清楚我写本文的目的,你可以把串口DMA应用在NRF24L01串口透传上,这样大大提高了MCU的使用效率。最后,欢迎大家发表讨论,希望这篇文章能帮助学习DMA或串口DMA的人!