STM32复习笔记（三）：串口

目录

Preface：

（一）CUBEMX配置串口

（二）轮询方式

（三）中断 + DMA

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Preface：

串口通信协议简单，因此被广泛应用；串口有UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter，通用异步收发传输器），USART（Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，通用同步异步收发传输器），在物理层，常用的有TTL（晶体管-晶体管逻辑，0V表示逻辑0，5V表示逻辑1），RS232（+3V~+15V表示逻辑0，-15V~-3V表示逻辑1），RS485（差分线）；而这三者在数据链路层使用的是相同的协议，也就是常说的串口协议，基本参数有：数据位、停止位、奇偶校验位、波特率、过采样参数等等；

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（一）CUBEMX配置串口

首先，根据串口原理图可知，外部的TX和RX分别接到了PA10（MCU的RX）和PA9（MCU的TX）也就是你发我收我发你收：

接下来进入cubemx，设置好调试，时钟之后，打开Connectivity，选择USART1-串口1，一般都用异步通信，因为同步通信需要连时钟线比较麻烦；选择异步通信后，默认选好了PA9和PA10，当然如果PA9或PA10被占用的话也可以自己选择重映射引脚；然后看到参数设置选项（左上角的！可以显示当前参数的description），首先看到波特率，可以发现范围为1.283K~5.25MBit/s，也就是可以写1283~5250000；字长可以是8bit或9bit（包含奇偶校验位），奇偶校验可选奇校验、偶校验或无校验；停止位有1bit或2bit；数据传输方向可选仅接收、仅发送或双向；过采样可选8次采样和16次采样，用于确定有效的起始位，8次采样速度更快（单位时间采8次，次数少速度快），但容错性差，16次采样速度慢，但容错性好，默认使用16次采样；其实参数选择是根据通信双方来定的，当然没定的话大家都保持默认即可，也不需要改参数；设置好之后直接生成代码即可：

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（二）轮询方式

轮询就是cpu一直死循环检测串口，等待数据到来，极其浪费cpu资源，一般来说都不会用这种方式；下面实现了一个轮询检测串口，收到数据后再通过串口发回去：

my_uart.h：

#ifndef UART_MY_UART_H
#define UART_MY_UART_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

#include "main.h"


HAL_StatusTypeDef UART_SendData(UART_HandleTypeDef* uart, char* str, uint16_t size);
HAL_StatusTypeDef UART_ReceiveData(UART_HandleTypeDef* uart, uint8_t* pdata, uint16_t size);


#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif //UART_MY_UART_H

my_uart.cpp（实际上，对于接收数据函数就是把收到的数据传给发送函数，然后让发送函数通过串口发送回去；而对于发送函数，首先new一片内存，用来存放接收数据函数传过来的数据，然后用sprintf函数copy过来；why？为什么要copy？这不是多此一举吗？其实不然，这里仅仅发送字符串看不出sprintf的作用；事实上，如果还要通过串口发送数字之类的变量，就可以在发送之前全部用sprintf打包进一个字符数组中，一次性发完，个人感觉方便很多；；；最后不要忘记delete掉申请的内存，并将指针置空，以防野指针错误）：

#include "my_uart.h"
#include "cstdio"

//串口发送数据函数
HAL_StatusTypeDef UART_SendData(UART_HandleTypeDef* uart, char* str, uint16_t size) {
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;
    char *temp = new char[size];    //申请内存

    std::sprintf(temp, "%s", str);  //copy数据
    status = HAL_UART_Transmit(uart, (uint8_t*)temp, size, 0xffff);//阻塞直到发送完成

    delete[] temp;
    temp = nullptr; //释放内存并置空指针

    return status;
}

//串口接收数据函数
HAL_StatusTypeDef UART_ReceiveData(UART_HandleTypeDef* uart, uint8_t* pdata, uint16_t size) {
    HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;

    status = HAL_UART_Receive(uart, pdata, size, 0xffff);//阻塞直到接收完成

    return status;
}

主函数主要部分：

结果：

还有分析代码执行过程；首先打一个断点在接收函数中，并进入调试，如下图：

然后点击执行下一句，会发现系统进入阻塞状态，等待串口输入数据；当然如果过了太久没输入，就会超时，也会结束接收：

 接下来，在串口助手中输入想输入的字符串（当然只能读取15个，因为前面指定了读15个；并且要在超时时间内输入）：

我这里输入了“0123456789abc”（共13个，加上回车&换行一共15个）可以观察到数据已经被成功接收了，并且状态为HAL_OK，表示接收成功；也可以根据地址去内存看数据，如下：

接下来，进入发送函数，如下图（箭头指向的是待执行语句），可以发现字符串已经被正确地传过去了：

然后执行分配内存new语句（可以发现刚分配好内存时，其中的值是随机的），再执行字符串copy语句sprintf，并去内存中查看是否成功；如下图：

然后就是将数据发送出去了，最后别忘了释放内存（继续查看内存会发现，释放了内存而内存中该地址的值却没有变，只有前面的两个字节变了，我猜测这两个字节应该是表示后面这段内存是否已被分配），不然就会产生内存泄漏：

以上就是串口轮询的分析过程~~~

工程链接：https://pan.baidu.com/s/1XDGoVidEDXZgnw1muTyaWQ 
提取码：0xFF

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（三）中断 + DMA

事实上，串口有许多个中断，不太可能全部列出来，我认为最常用的就是RXNE（接收缓冲非空中断）、IDLE（空闲中断）、TC（发送完成中断）了；然后就是DMA，可以直接从外设把数据传送到内存（或者反过来）而不需要cpu干预，只需要在数据开始发送的时候指定参数，当数据传输完毕就会产生一个DMA传输完成的中断给cpu，让cpu来进行接下来的处理；那为啥要把中断和DMA放一起？主要是一般来说，数据接收者预先都不知道会收到多少数据，用轮询是不太能做得到的；而如果用中断一个字符一个字符地中断接收的话又导致cpu被频繁中断，拉低了性能；那能不能说收完数据再产生一次中断了，这样明显更合理，而这就是串口空闲中断+DMA；用DMA接收数据，当接收完数据之后，等到了总线空闲状态，串口就会产生一个IDLE空闲中断；那什么是空闲状态呢？空闲就是总线上在一个字节的时间内没有再接收到数据。空闲中断是从检测到有数据被接收开始，总线上在一个字节的时间内没有再接收到数据的时候发生的。一般就只有一个数据帧发送完成的时候，总线在会在一个字节时间内没有接收到数据，所以串口的空闲中断也叫帧中断。

我之前有写过一个串口空闲中断+DMA来接收不定长数据的，在这里；但其实，还是有一点bug的；比如说：

1、连着接收两帧数据，但是这两帧数据间隔很近，不够一个字节的空闲时间，这就导致只产生一次空闲中断，出现错误；

2、正常的一问一答数据交流是没有问题，只要保证每次接收不同帧的数据间隔大于一个字节的空闲时间即可，也就是保证一帧数据对应一个空闲中断；但是如果是MCU要接收很大的数据量，并且是连着接收，实时性又高（相当于bug 1中的升级版吧），就会导致：在所有数据传输完之前，一次空闲中断都不会发生，cpu不知道DMA已经收了多少数据，势必会导致出错。

暂时没有想到很好的解决办法......

完~

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以上均为个人学习心得，如有错误，请不吝赐教~

THE END