Modbus-RTU状态机接收数据帧的方式(串口 or DMA)

传统单片机一般具有串口外设，有一些还具有DMA。

• 针对没有DMA外设的单片机，只能使用方式1了，不过每每接收一个字节的数据，串口都会产生串口中断。
• 而对于具有DMA的单片机，我们可以使用方式2，当接收到一帧后才会产生中断，这样就不会频繁打断主程序运行。

Modbus的一帧串口接收缓存最大为256个字节，所以接收到一帧数据，会产生256个串口中断。但串口中最好只做数据接收操作。不要有过多的耗时动作，不然会丢数据的，也影响主循环的实时性。

1. Modbus 数据帧接收方式1-串口中断

这种方式，在每次收到一个字节的数据都会重新启动定时器（计数器为0),因为我们不知道串口数据多长。这样当接收完成一帧后，就会产生T35 超时中断。这个重置过程一定要短，不然会影响主程序运行效率。

• 针对上面的T35超时可以用串口空闲中断来取代，不过有的低端芯片串口没有空闲中断，不过一般都有定时器资源。如果有空闲中断，可以用空闲中断来当作一帧结束。取代T35超时。
  

2. Modbus数据帧接收方式2: DMA

这种方式效率高很多，具有DMA的单片机一般都是空闲中断的，所以在接收到一帧后，我们可以用空闲中断来表示一帧的结束。也可以省去一个定时器资源。
DMA只会在缓冲区满之后，才会产生中断，因此我们需要在串口空闲中断中做一些事情。主要注意的就下面几点：

• 进空闲中断最好先关闭下当前DMA通道 DMA_Cmd(DMA1_Channel5, DISABLE);因为当前数据还需要被处理，或者拷贝到其它缓存待处理。
• 串口中断记录帧接收标志，计算接收帧的长度。DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel5)这个可以获取到DMA缓存中剩余的空闲的字节。重新将DMA的缓存设置到最大

    com1_recv_end_flag=1;	//接收完成标志
     DMA_Cmd(DMA1_Channel5, DISABLE); /* 暂时关闭dma，数据尚未处理 */
     com1_rx_len = USART_MAX_LEN - DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel5);/* 获取接收到的数据长度 单位为字节*/
     LOGD("rx len:%d", com1_rx_len);
     USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_IDLE);
     DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel5,USART_MAX_LEN);/* 重新赋值计数值，必须大于等于最大可能接收到的数据帧数目 */
     DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE);   /*打开DMA*/
     USART_ReceiveData(USART1);//清除空闲中断标志位（接收函数有清标志位的作用）
  

下面是DMA接收状态机

STM32 DMA测试代码：验证可用

#include "common.h"

#define TAG  "DMA"  //打印日志的前置标签
#define LOG_LOCAL_LEVEL LOG_DEBUG //日志等级，高于NIFO都会打印

#define USART_MAX_LEN 256
volatile uint16_t com1_rx_len = 0;  //接收帧数据的长度
volatile uint8_t com1_recv_end_flag = 0; //帧数据接收完成标
uint8_t com1_rx_buffer[USART_MAX_LEN]={0};//接收数据缓存
uint8_t DMA_USART1_TX_BUF[USART_MAX_LEN]; //发送数据缓存

void USART1_Config(u32 bound)//同时配置接收和发送
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
    //1时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    //2GPIO USART1_TX   GPIOA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;	//复用推挽输出
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9
    //USART1_RX	  GPIOA.10初始化
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10
    USART_DeInit(USART1);
    //3中断  NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2 ;//抢占优先级2
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;		//子优先级1
    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

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel4_IRQn; //嵌套通道为DMA1_Channel4_IRQn
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2; //抢占优先级为 2
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 4+3; //响应优先级为 7
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //通道中断使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Channel5_IRQn ;//串口1发送中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;     //抢占优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority        = 5+3;	  //子优先级
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd                = ENABLE;	//IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    //4配置 USART设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//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(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);
    USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);
    USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);
    USART_Cmd(USART1,ENABLE);

    DMA_InitTypeDef    DMA_Initstructure;
    /*开启DMA时钟*/
    RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);
    DMA_DeInit(DMA1_Channel5); 
    
    /*DMA配置-接收配置*/
    DMA_Initstructure.DMA_PeripheralBaseAddr =  (u32)(&USART1->DR);;
    DMA_Initstructure.DMA_MemoryBaseAddr     = (u32)com1_rx_buffer;
    DMA_Initstructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;  //源地址为外设，外设->mem
    DMA_Initstructure.DMA_BufferSize = USART_MAX_LEN;
    DMA_Initstructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_Initstructure.DMA_MemoryInc =DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_Initstructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_Initstructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_Initstructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_Initstructure.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    DMA_Initstructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel5,&DMA_Initstructure);
    
    DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
    DMA_DeInit(DMA1_Channel4);    //初始化DMA1

    /* 配置DMA1 USART1发送 */
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART1->DR);
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)DMA_USART1_TX_BUF;
    DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralDST;  //目的地址为外设，mem->外设
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 0;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;
    DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_VeryHigh;
    DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;
    DMA_Init(DMA1_Channel4, &DMA_InitStructure);//初始化
    //启动DMA
    DMA_Cmd(DMA1_Channel4,ENABLE);
    //开启DMA发送发成中断
    DMA_ITConfig(DMA1_Channel4,DMA_IT_TC,ENABLE);

    DMA_ITConfig(DMA1_Channel5,  DMA_IT_TC, ENABLE);
    
    USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);
    DMA_Cmd(DMA1_Channel5,ENABLE);
}


void USART1_IRQHandler(void)  //串口1中断服务程序
{
    /* 使用串口DMA空闲接收 */
    
    if(USART_GetITStatus(USART1,USART_IT_IDLE)!=RESET) 	//空闲中断触发
    {
        //LOGD("E");
        com1_recv_end_flag=1;	//接收完成标志
        DMA_Cmd(DMA1_Channel5, DISABLE); /* 暂时关闭dma，数据尚未处理 */
        com1_rx_len = USART_MAX_LEN - DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel5);/* 获取接收到的数据长度 单位为字节*/
        LOGD("rx len:%d", com1_rx_len);
        USART_ClearITPendingBit(USART1,USART_IT_IDLE);
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel5,USART_MAX_LEN);/* 重新赋值计数值，必须大于等于最大可能接收到的数据帧数目 */
        DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE);   /*打开DMA*/
        USART_ReceiveData(USART1);//清除空闲中断标志位（接收函数有清标志位的作用）
    }
    /* 检查DMA发送完成，关闭TC标志位 */
    if(USART_GetFlagStatus(USART1,USART_IT_TXE)==RESET)	//串口发送完成
    {
        USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TC,DISABLE);
    }
}

//DMA1 buf溢出中断(数据缓冲区已满)
void DMA1_Channel5_IRQHandler(void)
{
    LOGD("E");
    if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC5))
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC5);  // 清除传输完成中断标志位
    }
}

/*
 *DMA 发送成功中断函数
 */
void DMA1_Channel4_IRQHandler(void)
{
    if(DMA_GetITStatus(DMA1_IT_TC4))
    {
        LOGD("E");
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_IT_TC4);  // 清除传输完成中断标志位
        DMA_Cmd(DMA1_Channel4,DISABLE);
        DMA1_Channel4->CNDTR=0;         // 清除数据长度
        USART_ITConfig(USART1,USART_IT_TC,ENABLE); //打开串口发送完成中断
    }
}

/*发送DMA请求发送串口数据*/
void DMA_USART1_Send(uint8_t *data,u16 size)//串口1DMA发送函数
{
    DMA_Cmd(DMA1_Channel4, DISABLE);
    memcpy(DMA_USART1_TX_BUF, data, size);
    LOGD("dma len:%d",DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4));
    while (DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4));  // 检查DMA发送通道内是否还有数据
    DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Channel4, size);   // 重新写入要传输的数据数量
    DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);     // 启动DMA发送
}

void printRxBuffer()
{
    if(com1_recv_end_flag)
    {
        LOGD("%s",com1_rx_buffer);
        com1_recv_end_flag = 0;
        memset(com1_rx_buffer,0, com1_rx_len);
    }
}

主循环就打印了缓存区内容，注意上面的com1_recv_end_flag在空闲中断中会设置为1，打印后就重置了。

void main()
{
    while (1) {
        printRxBuffer();
    }
}

测试结果

• 发送一帧后会产生串口中断，注意右侧打印的数据长度
• DMA缓存满了后产生DMA接收中断，多了会覆盖前面的内容。(注意发送字节数和接收数据长度打印）