STM32 HAL库串口同时收发，接收卡死？

STM32 使用 HAL库串口同时收发，使用踩坑史 = =！......by 矜辰所致
更新使用 freertos 时问题的说明与解决        				2023/4/14

前言

对于 STM32 串口的使用，确实很简单使用 STM32CubeMX 做好初始化，就可以直接使用了。

但是最近在某些产品上使用串口同时收发的时候，发现有时候串口会收不到数据了，但是发送正常，而且这个问题再数据量大的时候很容易出现，于是乎进行了好几天的问题测试……

一、 HAL 库串口收发

先简单回顾一下 STM32 HAL库串口收发是如何使用的。

1.1 串口发送

对于 STM32 来说，串口发送有3中方式：

1. 轮询发送；
2. 中断发送；
3. DMA发送；

在实际产品上，大部分项目中都用的是 轮询 方式发送，本次出现接收卡死的问题的产品也是采用的轮询发送，所以我简单的说明一下轮询发送，其他两种方式为 STM32 学习的基础问题，这里就不过多讨论。

发送相对简单，在 HAL 库实际都是使用HAL_UART_Transmit函数：

不管是哪个串口发送，都做了个简单的发送函数：

发送没什么好说的，简单易用。

1.2 串口接收

和串口发送一样，串口接收有3中方式：

1. 轮询接收；
2. 中断接收；
3. DMA接收；

在我们正常的项目使用中，一般都是 中断接收 或者 DMA 接收，基本上不会使用 轮询接收的方式。

那么对于本次出问题的产品，我采用的是 中断接收的方式。

但是相比较发送，在 HAL 库中 使用中断接收的方式就有点 “五花八门” 的感觉。

1.2.1 标准库接收

在标准库的时候，我们经常这么用，在串口初始化的时候使用下面的语句使能中断：

//在串口初始化代码之后加上中断使能
USART_ITConfig(USART3,USART_IT_RXNE,ENABLE);

如果需要自动判断一帧数据，我们再开启一下 IDLE 中断：

USART_ITConfig(USART3, USART_IT_IDLE, ENABLE);

然后在对应的中断处理函数中，直接读取 DR 寄存器（STM32F103 而言为 DR，STM32L051 为RDR），然后当 IDLE 中断产生，也可以处理一下标志位：

//自己用的，用到了 USART_IT_IDLE 标志位，有时候不合适
void USART3_IRQHandler(void)                	//串口3中断服务程序
{
	u8 clear3=clear3;	   //消除编译器没有用到的提醒
	// u8		Res;

	if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET)  
		{
			USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++] = USART3->DR;
			USART3_RX_BUF[USART3_Data++] = USART_ReceiveData(USART3);
			// Res= USART_ReceiveData(USART3);
			// USART_SendData(USART1,Res);while(!(USART1->SR&USART_FLAG_TXE));	
		}

  		else if(USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_IDLE) != RESET)		  
  		{
			clear3=USART3->SR; //读SR寄存器	可以清空寄存器
			clear3=USART3->DR; //读DR寄存器（先读SR寄存器，再读DR，为了清除IDLE中断）						
			USART3_RX_STA=1;	  //标记接收到了一帧数据
			//USART3_Data=0;
  		}	              //enocean是不是读不到一帧数据，不用一帧数据测试一下		
}

1.2.1 HAL库接收

HAL库接收方式一

在 HAL 库函数接收的时候，其实也可以使用标准库上一样的中断标志使能：

MX_LPUART1_UART_Init();
__HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1,UART_IT_RXNE); 

IDLE 中断使能：

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2,UART_IT_IDLE);

这种方式的处理方式，可以和标准库差不多。

在 HAL 库中，外设的中断的入口函数都放在stm32l0xx_it.c 这个文件夹中（ 以STM32L051 为例），在这个文件中可以找到和标准库一样的 中断入口函数，我们可以进行如下处理：

void USART2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 0 */

  /* USER CODE END USART2_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart2);
  /* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_RXNE) == SET){
      //  USART_Enocean_BUF[Enocean_Data++] = huart2.Instance->RDR    
      //  RXNE 数据处理，直接读取数据      
  }
  if((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE) != RESET))
  {
	    __HAL_UART_CLEAR_IT(&huart2,UART_CLEAR_IDLEF); //Çå³ýÖÐ¶Ï  
	    //	ReceiveState = 1;
	    // IDLE 数据处理，一帧数据接收标志位置位
  }
}

HAL库接收方式二

但是在于 HAL 中，还有一种比较常用的开启中断方法，不是直接使能中断，而是通过调用 HAL 库函数 HAL_UART_Receive_IT ：

一般的使用方式步骤：

对于本次需要说明的问题，就是使用了 HAL_UART_Receive_IT 函数导致的，下文我们会说明，这里列出了基本的使用步骤。

二、 收发同时串口卡死？

2.1 问题说明

最近测试部反馈，产品有些时候的下行没反应，这里所说的下行，其实就是串口接收。

霹雳扒拉一大堆多余的省略 … … 只说几个重点：

出问题的最后现象就是串口发送正常，但是永远接收不到数据了，其他程序正常运行。

出问题只存在于串口又有接收，又有发送的产品上。

产品发送一般是周期性的，但是接收是随机的，无线信号串口接收，所以产品的出问题的情况也是随机的，但是数据量大起来肯定就会出现永远接收不到的问题。

2.2 尝试的处理方式

因为所有的一些都是按照正常流程设计的，按理来说实在是不知道为什么会这样，所以网上查询测试了好久，现在我把尝试的处理方式以及步骤记录说明一下：

2.2.1 清除错误标志位

在使用 HAL 库的时候，有4个错误 flag，如下图：

期初还以为是某些异常错误导致的，经过网上的的一些查询，刚开始是添加了清除错误标志位：

	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_PE);//清标志
	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_FE);
	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_NE);
	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_ORE);

在需要的地方加上错误标志位清除，我是在清除串口缓存中处理的：

2.2.2 串口溢出错误

其实串口溢出错误在上面的已经清除过标志位，因为这个问题着实搞得我头有点大，所以看到网上前人的处理方式和上面直接清除不一样，还是试了一把。

这里简单说明一下，我还特意去看了下自己的 CubeMX 设置，在设置的时候 有一个 Overrun 错误标志位，平时我们设置都不一定往下拉着看 = =！：

然后确定了开启了串口溢出错误检测以后，我根据网上的方式，加了一个HAL_UART_ErrorCallback函数，其实就类似于HAL_UART_RxCpltCallback 函数：

自己加了一个 出错处理函数，其实现在看来，当然也是没有用的。

2.2.3 HAL库的半双工处理？

折腾了好长一段时间，其实一开始就知道问题在于 同时收发会出问题的情况，那么继续上网找问题。

最终确定了一个问题就是：

我们都知道 STM32 串口是全双工的， STM32 HAL库在处理接收的时候会锁一下串口一会，导致变成某个短时间的“半双工”。

这个时候如果同时收发就会出现问题，最后解决的办法在这篇文章中看到了： STM32 F103串口同时收发出现死锁问题解决办法

问题在于我们使用的HAL_UART_Receive_IT函数中，有对串口加锁的操作：

虽然在后面有解锁：

但是根据后期的解决方式来说，确实就是这个HAL_UART_Receive_IT函数的问题，最后使用的方式为，在产生一次中断以后开启的时候手动解锁：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance == LPUART1){
    Enocean_Data++;
    if(Enocean_Data > 98)Enocean_Data = 0;
    while(HAL_UART_Receive_IT(&hlpuart1, (uint8_t *)&USART_Enocean_BUF[Enocean_Data], 1) != HAL_OK){
      hlpuart1.RxState = HAL_UART_STATE_READY;
      __HAL_UNLOCK(&hlpuart1);
    }
  }
  else if(huart->Instance==USART1)
  {  
  }
}

终于，串口不再卡死 ， 成功！

三、 使用 FreeRTOS 后的新情况

本示例说明硬件芯片为： STM32L051C8T6

上面的处理方式，在使用裸机的时候，确实是能够完全处理好的，理论上来说，使用不使用操作系统处理方式是一样，所以在某个产品上，我确实也是这么做的。

因为 RTOS 使用消息队列保存串口数据，所以与裸机处理方式稍微有一点不同，第一步与上面提到的

HAL库接收方式一 类似：

MX_LPUART1_UART_Init();
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1,UART_IT_RXNE); //

但是我们并不用继续使能 IDLE 中断，我们直接在 stm32l0xx_it.c 文件的中断响应函数中做数据处理：

按理来说，这样就可以了，然后就是 FreeRTOS 消息队列的处理。

但是因为我们上面阐述的 HAL 库的问题（亦或者是STM32L0的问题，其实到目前我都不确定是库问题，还是芯片的某些问题），所以直接按照上面的方式处理，串口同时收发的压力测试的时候是肯定会卡死，最终结果就是： 串口发送正常，但是再也收不到数据了。

所以我还是把上面的方式加上了，我第一次的处理方式是，不管他有没有问题，我直接都是给他手动解锁一下，我甚至还每次都中断都手动清除了一些标志位：

这种方式用起来不会影响程序，但是最后却发现，在压力测试下面，接收该卡死还是会卡死 = =！

虽然中途修改过多处细节，但是还是逃不过卡死的命运，于是又测试了一大段时间，然后网上找到一篇参考博文：

STM32使用HAL库，多串口接收一段时间后程序卡死

其实上面的处理方式，在我上面的文章中参考的博文里面也提到过，就是加上一个错误中断接收：

当然也要手动实现以下 错误中断的CallBack 函数，下面直接上最后修改的程序。

串口中断部分：

void LPUART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN LPUART1_IRQn 0 */
  u8 res;
  if(__HAL_UART_GET_FLAG(&hlpuart1,UART_FLAG_RXNE) == SET){
    res = hlpuart1.Instance->RDR;
    xQueueSendFromISR(EnoceanQueueHandle,&res,NULL);
  }
  else{
    Error_Handler();
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1, UART_IT_ERR);  
  }
  /* USER CODE END LPUART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&hlpuart1);
  /* USER CODE BEGIN LPUART1_IRQn 1 */
  hlpuart1.RxState = HAL_UART_STATE_READY;
  __HAL_UNLOCK(&hlpuart1);

	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_PE);//清标志
	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_FE);
	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_NE);
	__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&hlpuart1, UART_FLAG_ORE);

  /* USER CODE END LPUART1_IRQn 1 */
}

错误中断回调部分：

void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_ORE) != RESET)
	{
		__HAL_UART_CLEAR_OREFLAG(huart);
		__HAL_UART_ENABLE_IT(&hlpuart1,UART_IT_RXNE);;
	}
}

上面的HAL_UART_ErrorCallback回调函数就和普通的回调函数一样，放在某个 .c 文件中即可，这里因为和串口有关，所以建议放在usart.c文件中即可。

无线产品，我可以接收数据丢帧，但是不能接受卡死情况。最后，加上了这个错误中断处理，目前测试下来好像没有卡死情况，本次更新的说明也就到这。

结语

没想到和 EEPROM 一样，一个简单的芯片，一个熟悉的串口 ，出了这种问题 = =！还好最后解决了问题。

踩过的坑都是积累与经验，加油。ヾ(◍°∇°◍)ﾉﾞ

本次记录就到这里，谢谢大家！