STM32+FreeRTOS+CUBEMX_学习笔记（五）HAL串口终极总结+代码：空闲中断接受不定长，DMA接受不定长，帧头尾接受不定长，HAL库函数分析，源码分享，看这篇真的够了，我不看都后悔
目录
- 前言：
- 目的：
- 环境和平台：
- 一、HAL库的串口函数学习：
- 1.1、hal库：
- 1.2、hal库资料：
- 1.3、HAL串口函数都有什么用：
- 1.3.1、串口中断处理函数：
- 1.3.2、串口中断回调函数：
- 1.3.3、串口发送函数：
- 1.3.4、串口接受函数：
- 二、串口的中断收发固定长数据：
- 2.1、思路：
- 2.2、cube配置打开中断：
- 2.3、开启UART中断接受：
- 2.3、编写中断函数：
- 2.4、结果：
- 三、帧头帧尾判断收发不定长数据：
- 3.1、思路：
- 3.1、定义一些全局变量用于串口：
- 3.2、使用中断接受一个数据到buffer：
- 3.4、在循环中查找是否有数据：
- 3.5、实验结果：
- 四、空闲中断收发不定长数据：
- 4.0、思路：
- 4.1、首先要搞清楚STM32串口几个不同中断的工作方式
- 4.2、使能空闲和接受中断：
- 4.3、编写中断函数：
- 4.4、结果：
- 五、实现串口的DMA收发不定长数据：
- 5.1、cube配置
- 5.2、打开中断使能和定义全局变量：
- 5.3、编写中断函数：
- 5.4、在循环中看是否有数据：
- 5.5、结果：
- 六、注意点
- 6.1、HAL库怎么产生串口接受中断：
- 6.1.2、打开接受中断方式一，使用中断接受一个数据：
- 6.1.2、打开接受中断方式二，直接使能串口接受中断：
- 七、源码分享：
- 7.1、 sayhi_hal_uart
- 八八八，发发发、==感谢大家，希望大家多多收藏、点赞，祝大家新年快乐==
本系列文章由江山（csdn名:补不补布）（github:jianggogogo）自己写成，当中用到引用时都已经标记出来，如果出现版权问题，请直接联系我修改。当然，技术在于分享，欢迎大家转载，不过请注明出处。最后，如果出现有错误的地方欢迎大家指正。
前言：
- 在写这篇文章的过程中，我参考了很多的博文。这些博文给了我很多帮助，但是不得不说，网上的博文终究是层次不齐的。当遇到一些关于原理的地方，还是官方文档比较靠谱。毕竟官方要保证这些文档的可靠性。
- 如果只是想找对应的方式，直接看目录到对应的地方就可以啦
- 注意，源码库在最后。
目的：
- 学习HAL库串口操作函数
- 实现串口的中断收发定长数据
- 实现串口的帧头帧尾判断收发不定长数据
- 实现串口的空闲中断收发不定长数据
- 实现串口的DMA收发不定长数据
环境和平台：
- keil5
- cubemx
- stm32c8t6
一、HAL库的串口函数学习：
1.1、hal库：
HAL库是ST新推出的官方库，该库同图形化开发工具CUBEMX可以结合使用，从而方便开发者的快速操作。
但是在实际的使用中，也会存在一些问题。不过，看着ST的趋势似乎是要将该库作为主流来发展，大有淘汰原来的库文件的趋势。我们也应该多看看。
1.2、hal库资料：
当然在博客里面有很多文章写的很好，不过系统的文档、源码资料大家可以去原子或者野火的论坛找，那里资料很全：
正点原子的HAL例程
1.3、HAL串口函数都有什么用：
1.3.1、串口中断处理函数：
首先，串口中断处理函数，这个函数是我们在cube里面设置打开串口全局中断之后，就会自动生成的。
在这个函数里面，系统会进行中断的处理和实现：
/**
* @brief 处理串口中断请求
* @param huart 串口信息结构体指针
* @retval None 无返回值
*/
void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart);
1.3.2、串口中断回调函数：
下面是很多的中断回调函数，但是我们常用的中断回调函数也就是接受中断：
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_AbortCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_AbortTransmitCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
void HAL_UART_AbortReceiveCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);
接受中断回调函数：
我们可以看到这是一个弱定义函数，也就是我们需要自己重新写一下这个函数的定义：
注意，回调函数的实现其实也是大多数也在中断中实现，所以我们使用回调的时候也要注意在中断中操作的特殊性：
/**
* @brief 接受回调
* @param huart Pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
* the configuration information for the specified UART module.
* @retval None
*/
__weak void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
/* Prevent unused argument(s) compilation warning */
UNUSED(huart);
/* NOTE: This function should not be modified, when the callback is needed,
the HAL_UART_RxCpltCallback could be implemented in the user file
*/
}
1.3.3、串口发送函数：
串口发送函数，分为两种，一个是普通发送，另一个则是中断发送：
区别在于：是否为blocking mode 也就是是否为阻塞模式
关于blocking mode的解释
阻塞模式就是要等到一些通道，但是中断里面不可能去等待什么，必须立即执行，所以采用非阻塞模式。
/**
* @brief 阻塞模式发送数据
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
/**
* @brief 非阻塞模式发送数据
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
1.3.4、串口接受函数：
同样，我们也可以设置为不同的接受模式，中断或者非中断。
注意，我们打开全局中断之后，接受中断并不会自动打开，采用HAL_UART_Receive_IT这个函数可以进入一次接受中断
/**
* @brief 阻塞模式接受信号
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);
/**
* @brief 非阻塞模式接收信号
*/
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);
二、串口的中断收发固定长数据：
2.1、思路：
- 其实，串口主要的方式也就是中断收发或者轮询收发。中断的关键点在于，只有串口产生中断信号之后，CPU才会去处理该信号。
- 所以我们的操作流程为：
1、开启UART中断。
2、开启中断接受。
2、编写中断处理函数。
2.2、cube配置打开中断：
- 打开UART1中断：
2.3、开启UART中断接受：
注意，我们打开全局中断之后，接受中断并不会自动打开，采用HAL_UART_Receive_IT这个函数可以进入一次接受中断
初始化uart1之后，我们要注意，现在一旦uart1接收到了数据，我们是没有办法接受到的，因为我们没有设置对应的buffer来存储发来的数据
在主函数中开启接受，定义一个自己的buffer，接受数据：
uint8_t Uart_rx_buffer[256] ={0};
//数字一可以改为你想收的数据
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,Uart_rx_buffer,1); //将uart的一个数据接受到我们对应的buffer
代码位置 user code end 2下面 ：
2.3、编写中断函数：
在stm32_it.c里面会有产生的各种中断函数，我们找到对应的函数添加内容：
添加继续接受的函数和发送的函数：
这里直接将收到的函数发送出去，测试是否可行
注意，这里是为了测试中断是否成功才采用发送函数。建议大家不要在中断中采用打印函数
- 要添加的函数：
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&uart_1, 1); //再开启接收中断
//注意，这里的100可以改成你想要的长度，来实现定长数据收发
HAL_UART_Transmit(&huart1,uart_1,1,100); //发送接收到的数据
- 位置：
2.4、结果：
三、帧头帧尾判断收发不定长数据：
该cubemx配置同 二、串口的收发定长数据
3.1、思路：
- 使用标志位的思路，也就是在上面的定长数据中添加标志位的判断就可以实现了。
该例程参考了正点原子的串口教程，大家可以去看看：
设置串口数据帧头为：0x0a,帧尾为0x0d。
- 下面为步骤
3.1、定义一些全局变量用于串口：
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误
uint8_t USART_RX_BUF[256]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15， 接收完成标志
//bit14， 接收到0x0d
//bit13~0， 接收到的有效字节数目
uint16_t USART_RX_STA=0; //接收状态标记
uint8_t aRxBuffer[256];//HAL库使用的串口接收缓冲
## 3.1、设置一个buffer接受数据：
```c
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,USART_RX_BUF,1);
3.2、使用中断接受一个数据到buffer：
注意，我们打开全局中断之后，接受中断并不会自动打开，采用HAL_UART_Receive_IT这个函数可以进入一次接受中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,USART_RX_BUF,1);
## 3.3、编写中断函数：
- 注意这一步是关键，在中断中实现对串口消息的帧头帧尾的判断：
```c
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
uint8_t Res;
HAL_StatusTypeDef err;
if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_RXNE)!=RESET)) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
Res=USART1->DR;
if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
}
else //还没收到0X0D
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(256-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收
}
}
}
}
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,USART_RX_BUF,1); //再开启接收中断
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}
3.4、在循环中查找是否有数据：
如果有数据，就会打印出来。
- 我们可以随意定义一个循环来判断标志位是否为接收到了数据：
注意0x0d是空格的意思，所以要加空格发送，如果是十六进制，直接添加0x0a为头,0x0d为尾也是可以的
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
if(USART_RX_STA&0x8000)
{
len=USART_RX_STA&0x3fff;//得到此次接收到的数据长度
printf("\r\n您发送的消息为:\r\n");
HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t*)USART_RX_BUF,len,1000); //发送接收到的数据
while(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_TC)!=SET); //等待发送结束
printf("\r\n\r\n");//插入换行
USART_RX_STA=0;
}
else
{
times++;
if(times%5000==0)
{
printf("\r\nALIENTEK 精英STM32开发板 串口实验\r\n");
printf("正点原子@ALIENTEK\r\n\r\n\r\n");
}
if(times%200==0)printf("请输入数据,以回车键结束\r\n");
HAL_Delay(10);
}
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
3.5、实验结果：
发送0+回车的结果
发送0x0a,0x31,0x32,0x33,0x0d的结果,注意都是十六进制：
i
四、空闲中断收发不定长数据：
该cubemx配置同 二、串口的收发定长数据
4.0、思路：
- 在接受中断中接受数据，然后在空闲中断中实现判断一帧是否完成，空闲中断产生，则一帧结束。
注意，我们打开全局中断之后，接受中断并不会自动打开，采用HAL_UART_Receive_IT这个函数可以进入一次接受中断。
但是，这里我们也可以不采用HAL_UART_Receive_IT进入一次中断，而是直接打开接受中断，然后我们自己清除标志位。
4.1、首先要搞清楚STM32串口几个不同中断的工作方式
- 在调用空闲中断的时候，我看到有一篇博主的文章上面，写道为了避免以直接进入空闲中断，所以当接受到一个数据时才打开空闲中断。可是我按照他的方法是，发现由于空闲中断刚刚打开，所以如果是单个数据根本就没有办法进入空闲中断。
- 后来，询问了大佬之后才发现。空闲中断是很智能的东西，他会在接收到数据之后才开始使用，也就是说，没有接到数据的时候，是不会开始工作的。
知道这些的我眼泪流下来。 - 其实很多东西，st已经帮我们实现了，我们要注意学习文档
- 串口全局中断：这个打开，才能打开别的中断。
- 串口接受中断：每次，接收到一个字节的数据就会产生这个中断。
- 串口空闲中断：当stm32接受到一个字节的时候，空闲中断开始工作，当一段时间内没有接受任何数据时，产生空闲中断。
放几个大佬的参考：
用自己的中断函数来替代别人的
编写一个自己的回调函数，处理中断
下面为流程
4.2、使能空闲和接受中断：
- 这一步推荐大家放在系统生成的uart初始化下面，当然放在main里面也没有问题
- 不采用HAL_UART_Receive_IT，而是直接打开接受中断和空闲中断，但是在中断里面要清除中断标志位。
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);//打开空闲中断
4.3、编写中断函数：
//这些都是数据接受状态标志位
#define UART_RX_STATE_START 0
#define UART_RX_STATE_READY 2
#define UART_RX_STATE_DEAL 1
/**
* @brief This function handles USART1 global interrupt.
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
uint8_t clear = clear;
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_RXNE)!=RESET) //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_FLAG_RXNE);
uart1RxState = UART_RX_STATE_READY;
uart1RxBuf[uart1RxCounter]=(uint8_t)(huart1.Instance->DR&(uint8_t)0x00FF);
uart1RxCounter++;
}
if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE)!=RESET)
{
clear=USART1->SR;
clear=USART1->DR;
uart1RxState = UART_RX_STATE_DEAL;//状态表明一帧数据接收完成了，需要处理。处理完以后再把接收中断打开
}
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}
4.4、结果：
发送数据后，打印数据长度，结果成功
1
01
123456789864564561456
15
五、实现串口的DMA收发不定长数据：
采用DMA会减少CPU的运行压力，这里是推荐大家使用的：
5.1、cube配置
在串口的配置界面，添加DMA发送和接受：
5.2、打开中断使能和定义全局变量：
#define Rx_uart1_Max 256
extern uint8_t Rx_uart1_flag;
extern uint16_t Rx_uart1_len;
extern uint8_t Rx_uart1_buf[Rx_uart1_Max];
//在uart初始化或者和main里面使能
/*Enable DMA IRQ*/
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, Rx_uart1_buf, Rx_uart1_Max);
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
- 位置：
5.3、编写中断函数：
/**
* @brief This function handles USART1 global interrupt.
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
uint32_t temp;
if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE) != RESET))
{
/*清除状态寄存器和串口数据寄存器*/
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);
/*失能DMA接收*/
HAL_UART_DMAStop(&huart1);
/*读取接收长度，总大小-剩余大小*/
temp = huart1.hdmarx->Instance->CNDTR;
Rx_uart1_len = Rx_uart1_Max - temp;
/*接收标志位置1*/
Rx_uart1_flag=1;
/*使能接收DMA接收*/
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,Rx_uart1_buf,Rx_uart1_Max);
}
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}
5.4、在循环中看是否有数据：
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
if(Rx_uart1_flag) // Receive flag
{
Rx_uart1_flag=0; // clean flag
//这里写处理函数：
HAL_UART_Transmit(&huart1,Rx_uart1_buf,Rx_uart1_len,10);
// deal Rx_uart1_buf
}
else
{
HAL_Delay(10);
}
}
5.5、结果：
可以看到，成功回传不定长数据
六、注意点
6.1、HAL库怎么产生串口接受中断：
- 要注意，在cube里面打开串口的全局中断之后，接受中断，发送中断和空闲中断其实并没有打开。所以，我们需要分别打开和使用。
6.1.2、打开接受中断方式一，使用中断接受一个数据：
在任意地方调用这一个函数，都可以进入一次接受中断。所以，我们使用这种方法的时候要注意，在接受中断处理完毕之后要再调用一次，从而可以进入下一次中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,USART_RX_BUF,1);
6.1.2、打开接受中断方式二，直接使能串口接受中断：
- 采用这个方法的特点就是，串口接受中断一直打开，但是我们要自己来清除标志位，以便下一次进入。
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
七、源码分享：
- 这是我自己做的一个stm32的源码分享库，方便大家，如果里面有问题，请及时告知我修改：
- 这里面，都是已经建好的工程，大家移植的时候参考我上面写的对应的章节，然后和工程对照就可以快速实现串口的操作了。
链接:https://github.com/jianggogogo/sayhi_stm_drive/tree/master/sayhi_hal_uart
7.1、 sayhi_hal_uart
| 目录 | 内容 |
|---|---|
| m_uart | 定长数据的接受和发送 |
| uart_head_tail | 采用帧头帧尾接受不定长数据 |
| uart_idle | 采用空闲中断接受不定长数据 |
| uart_dma | 采用dma接受不定长数据 |