STM32开发小结--使用STM32F4串口的空闲中断模式+DMA接收不定长数据帧

开发平台：Keil 5
库函数版本：V3.5
芯片：STM32F407VET6

1 STM32的串口接收数据的方式

STM32的串口接收数据有三种方式可以选择：

1.1 轮询接收

在主循环中一直判断串口接收完成标志位是否置位，如果置位则读取收到的数据。该种模式一般不会使用，其缺点很明显，当主函数在做其他工作时接收数据标志位置位，此时将得不到及时响应，从而错过后续数据的接收。

1.2 中断接收

将串口接收配置为中断模式，当有数据收到时，进入到串口接收中断中读取数据。这种方式使用最多，好处是可以处理收到的每一字节数据，数据不会有漏掉，适合一般数据量少、接收频率低的场合。但是当频繁接收数据且串口使用多（STM32F4有六路串口）的情况下，会频繁的进入串口中断处理接收到的数据，会影响系统的性能。

1.3 空闲中断接收

严格来说，空闲中断接收模式也是一种中断接收模式，只不过稍加改进，当一帧数据接收完成之后，串口会进入到空闲中断中去，然后在空闲中断中处理收到的数据。这种模式对处理不定长数据帧带来很大的便利，我们不必频繁的进入接收中断处理数据，但是弊端也是明显的，由于每次都要接收完一个完整的数据帧后才空闲中断，所以当一帧数据出错时，我们也不得不接收这帧错误的数据。在通讯可靠的场合，使用空闲中断接收模式接收串口数据，将会大大提高系统的性能。

2 空闲中断接收原理及使用方法

2.1空闲中断接收的原理

其实，空闲中断接收的原理非常简单，比如我们在使用波特率为115200 8 N 1模式接收数据时，接收每个bit和每个byte需要的时间是固定的，当我们发送一帧数据，如：0x55 0xaa 0x00 0x01 0x02 0x03 时，发送是连续的，也就是说如果使用串口接收中断，那么就会进入六次接收中断里，直到收到最后一byte数据0x03为止，但是我们使用空闲中断接收模式时，在收到最后一byte数据0x03后的一个byte时间段后没有收到下一byte数据，串口就认为此时处于空闲模式，然后就触发了空闲中断，进入到空闲中断接收服务函数中了。

2.2 空闲中断使用方法

我们使用DMA来暂存接收到的串口数据，然后在空闲中断中取出数据。整个操作比较简单。接下来谈谈整个实现过程。

2.2.1 串口配置

这里我使用串口5

//串口5配置
void UART5_Config(uint32_t bound)
{
       //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB,ENABLE); //使能GPIOB时钟    
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC,ENABLE); //使能GPIOC时钟    
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD,ENABLE); //使能GPIOD时钟    
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_UART5,ENABLE);//使能UART5时钟

    //串口5对应引脚复用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOC,GPIO_PinSource12,GPIO_AF_UART5); //GPIOC12复用为UART5
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD,GPIO_PinSource2,GPIO_AF_UART5); //GPIOD2复用为UART5 
    //UART5端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_12; //GPIOC11与GPIOC12
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
    GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure); //初始化PC12

    //UART5端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //GPIOD2
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;//复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;   //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP; //上拉
    GPIO_Init(GPIOD,&GPIO_InitStructure); //初始化PD2
    //UART5 初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//波特率设置
    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(UART5, &USART_InitStructure); //初始化串口4
    USART_Cmd(UART5, ENABLE);  //使能串口5
    USART_ClearFlag(UART5, USART_FLAG_TC);  

    USART_ITConfig(UART5, USART_IT_IDLE, ENABLE);//开启相关中断
    //Usart5 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = UART5_IRQn;//串口5中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=0;//抢占优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;       //子优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器、

}

2.2.2 DMA配置

//DMAx的各通道配置
//这里的传输形式是固定的,这点要根据不同的情况来修改
//外设到存储器模式/8位数据宽度/存储器增量模式
//DMA_Streamx:DMA数据流,DMA1_Stream0~7/DMA2_Stream0~7
//chx:DMA通道选择,@ref DMA_channel DMA_Channel_0~DMA_Channel_7
//par:外设地址
//mar:存储器地址
//ndtr:数据传输量  
void MYDMA_ConfigPtoM(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx,u32 chx,u32 par,u32 mar,u16 ndtr)
{ 

    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;

    if((u32)DMA_Streamx>(u32)DMA2)//得到当前stream是属于DMA2还是DMA1
    {
      RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2时钟使能 

    }else 
    {
      RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1,ENABLE);//DMA1时钟使能 
    }
  DMA_DeInit(DMA_Streamx);

    while (DMA_GetCmdStatus(DMA_Streamx) != DISABLE){}//等待DMA可配置 

  /* 配置 DMA Stream */
  DMA_InitStructure.DMA_Channel = chx;  //通道选择
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = par;//DMA外设地址
  DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr = mar;//DMA 存储器0地址
  DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;//外设到存储器模式
  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = ndtr;//数据传输量 
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;//外设非增量模式
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;//存储器增量模式
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据长度:8位
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;//存储器数据长度:8位
  DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;// 使用循环模式
  DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium;//中等优先级
  DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;         
  DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;//存储器突发单次传输
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;//外设突发单次传输
  DMA_Init(DMA_Streamx, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream

} 

2.2.3 初始化相关

      UART5_Config(115200);
      //串口5接收DMA配置
      MYDMA_ConfigPtoM(DMA1_Stream0,DMA_Channel_4,(u32)&UART5->DR,(u32)MPU6050Rdata,MPU6050_MAX_RDATA); 
      DMA2_Stream0->NDTR = 0;
      USART_DMACmd(UART5,USART_DMAReq_Rx,ENABLE); //允许DMA接收

2.2.4 串口空闲中断服务函数

static uint8_t first_flag = 0;
 //串口5全局中断服务函数
void UART5_IRQHandler(void)       
{
    uint8_t * pHead1 = NULL, *pHead2 = NULL;   //接收头指针
    uint32_t FindLen = 0;  //临时变量

     //第一次进中断需要等待一会儿才能进IDLE中断 没搞明白
     if(first_flag)
     {
         first_flag = 0;
        delay_ms(100);  //第一次进来等待一会儿
     }
     //串口空闲中断
      if(USART_GetITStatus(UART5, USART_IT_IDLE) != RESET) 
       {
           DMA_Cmd(DMA1_Stream0,DISABLE); //关闭DMA传输
           RecvLen=UART5->DR;//清除中断标志位
           RecvLen=UART5->SR;
           RecvLen=MPU6050_MAX_RDATA-DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Stream0);  //收到的数据长度
           /*接下来就是数据处理部分了，这部分也可以放在main的while(1)中来处理 这里给出一种可行的处理方式 */
           if((RecvLen%3) ==0)    //成功收到了一帧数据
           {
               FindLen = RecvLen;   
               pHead1 = MPU6050Rdata;   //帧头2byte字节
               pHead2 = MPU6050Rdata+1; //
               while(FindLen)
               {
                   //如果找到了数据
                   if((*pHead1 == MPU6050_HEAD1) &&(*pHead2 == MPU6050_HEAD2) )
                   {
                          MPURcvData.flags |= RECV_ANGLE;
                          memcpy(MPURcvData.angle, (pHead2 +1 ), 8);                        
                          break; //退出
                   }
                   else //没有找到数据接着遍历
                   {
                       pHead1 ++;
                       pHead2  ++;
                       FindLen --;
                   }
                }
           }
           else //不是一帧完整的数据
           {

           }
           memset(UART5, 0, RecvLen);    //清空接受区
           DMA1_Stream0->NDTR=MPU6050_MAX_RDATA;//重新装填
           DMA_Cmd(DMA1_Stream0,ENABLE);    //接着传输
      } 

}

经过以上操作我们便可以使用STM32F4的串口空闲中断模式+DMA来处理串口接收到的数据。经过实际测试，在从设备10ms的频率发送不定长数据帧时，串口空闲中断模式接收数据稳定，达到设计需要。但是在使用中发现，第一次无法进入到串口空闲中断中，所以才在第一次进入中断服务函数中延时了100ms，以后就可以正常进入空闲中断了，不知道为啥，还请高手赐教。