STM32 HAL 之 UART：空闲中断结合DMA实现不定长数据收发

一、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，当时比较消耗系统资源。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。在本文使用F051单片机中，这种情更加明显。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。

二、STM32CubeMx 中 UART 和 DMA 的配置

1. UART 的 配置

1.1 UART 基本参数的配置

首先需要配置串口的基本参数，波特率可根据实际情况设置，一般设置为115200bps，9600bps 等：在这里插入图片描述

1.2 使能串口 NVIC 中断并生成代码

接着需要使能中断，让串口内核可以相应串口的中断：
在这里插入图片描述

注意，这里还要配置NVIC生成代码，否则中断无法正常响应：
在这里插入图片描述

1.3 DMA 的配置

接着配置DMA，让DMA和串口接收联系起来，实现DMA串口数据的运输，记得切换回USART1选项。
在这里插入图片描述

1.4 配置串口 IO 口模式

某些电路可能已经配置有了外部上拉，本文在默认的模式下也可以通信，但为了保证更稳定的电平，这里配置为上拉输入：
在这里插入图片描述

至此，我们已经把串口，以及和串口相关的NVIC和DMA配置完毕，接下来就可以开始程序的实现了。

三、 编程步骤

1.开启串口空闲中断：在程序初始化时候，使能串口中断

... ...
void main(void)
{
	.. ...
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
	while(1)
	{
	.. ..
	}
}
... ...

2.虽然我们使用的CubeMx来配置DMA，但只是配置DMA模式为串口到内存，所以还需要在程序中进一步指定：DMA具体搬运到内存的哪一个位置中，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，讲串口1的数据搬运到recvive_buff中，
	                                                                //每次255个字节
	while(1)
	{
	.. ..
	}
}
... ...

3.定义串口空闲中断处理函数：在串口中断中添加串口空间中断处理函数

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

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

4.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

extern uint8_t receive_buff[255];                                                  //声明外部变量 
void USAR_UART_IDLECallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    HAL_UART_DMAStop(&huart1);                                                     //停止本次DMA传输
    
    uint8_t data_length  = BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);   //计算接收到的数据长度

    printf("Receive Data(length = %d): ",data_length);
    HAL_UART_Transmit(&huart1,receive_buff,data_length,0x200);                     //测试函数：将接收到的数据打印出去
    printf("\r\n");

    memset(receive_buff,0,data_length);                                            //清零接收缓冲区
    data_length = 0;
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t*)receive_buff, 255);                    //重启开始DMA传输 每次255字节数据
}