STM32 HAL库学习（四）：DMA之串口空闲中断

STM32CubeMX 配置实现参考这里。

1. 串口空闲中断

1.1 UART_DMA方式接收数据

STM32串口使用DMA方式接收数据可以减小CPU的开销。

对于接收定长数据，可以将DMA接收缓冲区的长度设定为待接收数据的长度，这样利用DMA的传输完成中断DMAx_IT_TCy就可以知道已经接收了一帧数据。

对于接收不定长数据，如何知道意见完成了数据的接收呢？

1.2不定长数据接收的原理及其解决的问题

在 STM32 中，UART是最为常见的通信方式——它每次接收一个字节，我们可以使用轮询的方式，但是对于某些数据不固定时间发送的数据，轮询的方式有时候不够灵活。也可以使用中断的方式，如每一个字节都中断一次，比较消耗系统资源。特别是HAL库中，从中断到回调函数运行了不少的程序，频繁的中断很可能造成数据溢出。

为了避免这个问题，我们使用指定接收一定长度的数据，再调用回调函数，这会让我们可以接收大数据，但是这种情况则造成了，要求每次的包是固定长度。

为了解决以上一些问题，网上最常用的办法是使用空闲中断，即在串口空闲的时候，触发一次中断，通知内核，本次运输完成了。串口空闲中断的判定是：当串口开始接收数据后，检测到1字节数据的时间内没有数据发送，则认为串口空闲了。由于我们的内核在串口接收数据到空闲这段时间，是不受理串口数据的，所以我们还需要使用DMA来协助我们把数据传送到指定的地方，当数据传输完成后，通知内核去处理。

2. 实现流程

1. 开启串口空闲中断： 在程序初始化时候，使能串口中断
2. 定义串口空闲中断处理函数： 在串口中断中添加串口空闲中断处理函数
3. 定义串口空闲中断回调函数： 用以标记数据接收完成，计算接收到数据的长度

2.1 开启串口空闲中断

基本与使用串口的时候一致，只不过一般我们是打开接收缓冲区非空中断，而现在是打开空闲中断

首先，我们在初始化的时候，使能串口空闲中断，让串口在中断的时候，MCU可以调用串口中断函数。
在 main.c 文件中的 MX_USART1_UART_Init(void) 函数中：

static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
    // 省略了串口协议初始化部分
    
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);  // 使能串口空闲中断
}

当添加这个函数到工程以后，每发送一次数据，都会调用一次USART1_IRQHandler() 中断服务函数，你可以在该函数中插入打印语句，来验证是否空闲中断正常。

2.2 配置 DMA 接收

把DMA配置完成，就可以直接打开DMA了，让它处于工作状态，当有数据的时候就能直接搬运了。DMA 初始化配置后面会有讲解。

虽然我们使用的CubeMx来配置DMA，当然只是配置DMA模式为串口到内存（DMA初始化），但还需要在程序中进一步制定，DMA具体搬运到哪一个内存中，我们建立一个数组用以存放DMA搬运的串口数据，并使用HAL_UART_Receive_DMA()函数来配置，具体代码如下所示：

... ...
uint8_t receive_buff[255];                //定义接收数组
... ...
void main(void)
{
	.. ...
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t*)receive_buff, 255);     //设置DMA传输，将串口1的数据搬运到recvive_buff中，每次255个字节                                                           
	while(1)
	{
	.. ..
	}
}
... ...

2.3 添加中断处理函数和回调函数

CubeMx 按上述操作后，生成的工程中，已经有了串口中断的处理函数 HAL_UART_IRQHandler()，但是其里面未发现该函数中对空闲中断的处理，所以我们额外添加一个函数： USER_UART_IRQHandler()（用户封装函数），添加后完整代码如下：
stm32f0xx_it.c :

void USART1_IRQHandler(void)
{
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
    /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
    
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
    
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
    // 新添加的函数，用来处理串口空闲中断
    USER_UART_IRQHandler(&huart1);                                
    /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

对 USER_UART_IRQHandler() 进行定义：
usart.c:

void USER_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)
{	// 判断是否是串口1
    if(USART1 == huart1.Instance)                                   
    {	// 判断是否是空闲中断
        if(RESET != __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE))   
        {	 // 清除空闲中断标志（否则会一直不断进入中断）
            __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);                    
            printf("\r\nUART1 Idle IQR Detected\r\n");
            // 调用中断处理函数
            USAR_UART_IDLECallback(huart);                          
        }
    }
}

至此，我们已经可以正常的响应串口中断，并调用了一个新的函数：USAR_UART_IDLECallback()，它是专门用来处理空闲中断的一个回调函数，其定义如下（通样写在 usart.c 文件即可）：

// 声明外部变量 
extern uint8_t receive_buff[255];                                                  
void USAR_UART_IDLECallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	// 停止本次DMA传输
    HAL_UART_DMAStop(&huart1);  
                                                       
    // 计算接收到的数据长度
    uint8_t data_length  = BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);   
    
	// 测试函数：将接收到的数据打印出去
    printf("Receive Data(length = %d): ",data_length);
    HAL_UART_Transmit(&huart1,receive_buff,data_length,0x200);                     
    printf("\r\n");
    
	// 清零接收缓冲区
    memset(receive_buff,0,data_length);                                            
    data_length = 0;
    
    // 重启开始DMA传输 每次255字节数据
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t*)receive_buff, 255);                    
}

关于计算数据长度可以具体了解HAL库函数的操作，简单来说__HAL_DMA_GET_COUNTER()函数将返回待接收的数据，讲设置需要接收的数据长度，减去待接收的数据，就得到了已经接收到的数据。

至此，我们使用了DMA+串口空闲中断的方式来实现不定长数据的接收。

3. DMA 软件配置

3.1 DMA接收不定长数据

关于串口接收数据的形式和DMA方式接收不定长数据的原理过程，下面这篇文章介绍的很清晰明了。
STM32之串口DMA接收不定长数据
在此，摘选接收完数据时处理这部分内容加深理解。

• 暂时关闭串口接收DMA通道，有两个原因：1.防止后面又有数据接收到，产生干扰，因为此时的数据还未处理。2.DMA需要重新配置。
• 清除DMA标志位。
• 从DMA寄存器中获取接收到的数据字节数（可有可无）。
• 重新设置DMA下次要接收的数据字节数，注意，数据传输数量范围为0至65535。这个寄存器只能在通道不工作(DMA_CCRx的EN=0)时写入。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。数据传输结束后，寄存器的内容或者变为0；或者当该通道配置为自动重加载模式时，寄存器的内容将被自动重新加载为之前配置时的数值。当寄存器的内容为0时，无论通道是否开启，都不会发生任何数据传输。
• 给出信号量，发送接收到新数据标志，供前台程序查询。
• 开启DMA通道，等待下一次的数据接收。注意，对DMA的相关寄存器配置写入，如重置DMA接收数据长度，必须要在关闭DMA的条件进行，否则操作无效。

注意事项

STM32的IDLE的中断在串口无数据接收的情况下，是不会一直产生的，产生的条件是这样的，当清除IDLE标志位后，必须有接收到第一个数据后，才开始触发，一断接收的数据断流，没有接收到数据，即产生IDLE中断。如果中断发送数据帧的速率很快，MCU来不及处理此次接收到的数据，中断又发来数据的话，这里不能开启，否则数据会被覆盖。有两种方式解决：

1. 在重新开启接收DMA通道之前，将Rx_Buf缓冲区里面的数据复制到另外一个数组中，然后再开启DMA，然后马上处理复制出来的数据。

2. 建立双缓冲，重新配置DMA_MemoryBaseAddr的缓冲区地址，那么下次接收到的数据就会保存到新的缓冲区中，不至于被覆盖。

3.2 DMA初始化

在上面的介绍中，只说明了串口空闲中断的整体流程，但关于此过程中的 DMA 初始化等并未涉及，因此在这里补充下

main.c：

static void MX_DMA_Init(void) 
{
  // 使能 DMA1 时钟
  __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
  
  // 中断优先级配置和中断使能
  HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel1_IRQn, 0, 0);
  HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel1_IRQn);
}

stm32f0xx_hal_msp.c：

    hdma_usart4_tx.Instance = DMA1_Channel2;
    hdma_usart4_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;  // 存储器到外设
    hdma_usart4_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;      // 外设非增量
    hdma_usart4_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;          // 存储器增强
    hdma_usart4_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
    hdma_usart4_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
    hdma_usart4_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;                 // 正常模式
    hdma_usart4_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;       // 优先级低
    if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart4_tx) != HAL_OK)
    {
      _Error_Handler(__FILE__, __LINE__);
    }

    __HAL_DMA1_REMAP(HAL_DMA1_CH2_USART4_TX);

    __HAL_LINKDMA(huart,hdmatx,hdma_usart4_tx); // 与串口引脚相连接

初始化结构体成员的含义参考下图