STM32CubeMX系列04——串口(查询、中断、DMA、不定长接收、重定向)
文章目录
- 1. 所用硬件
- 2. 生成工程
-
- 2.1. 创建工程选择主控
- 2.2. 系统配置
- 2.3. 配置工程目录
- 2.4. 配置用到的外设
- 3. 查询模式
-
- 3.1. 配置串口
- 3.2. 生成代码
- 3.3. 编写代码
- 3.4. 效果验证
- 4. 中断模式
-
- 4.1. 配置串口
- 4.2. 生成代码
- 4.3. 运行原理及代码分析
- 4.4. 效果验证
- 5. DMA模式
-
- 5.1. 配置串口
- 5.2. 生成代码
- 5.3. 编写代码
- 5.4. 效果验证
- 6. 串口重定向
-
- 6.1. 配置原理
- 6.2. 实现
-
- 6.2.1. 使用MicroLIB库
- 6.2.2. 不使用MicroLIB库
- 7. 进阶——接收不定长数据
-
- 7.1. 串口中断函数、回调函数的补充明⭐⭐⭐
- 7.1. DMA+空闲中断
- 7.2. 中断+环形缓冲区
====>>> 文章汇总（有代码汇总） <<<====
1. 所用硬件
正点原子Mini板，主控 STM32F103RCT6.
用到的外设：LED、串口1（PA9、PA10）。原理图：
2. 生成工程
2.1. 创建工程选择主控
2.2. 系统配置
配置时钟源
配置debug模式（如果需要ST-Link下载及调试可以勾选）
配置时钟树（可以直接在HCLK那里输入72，然后敲回车会自动配置）
2.3. 配置工程目录
勾选上会单独生成 c文件和头文件
2.4. 配置用到的外设
PA8：LED0。
3. 查询模式
3.1. 配置串口
3.2. 生成代码
3.3. 编写代码
编写main.c代码
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
char light_on[11] = "Light on \r\n";
char light_off[12] = "Light off \r\n";
char rec_buf[1] = {0};
/* USER CODE END 1 */
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
// 串口1、接收数据的数组、接收的长度、等待时间
if(HAL_OK == HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 1, 0xFFFF))
{
if(rec_buf[0] == 'A')
{
// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_on, 11, 0xFFFF);
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}
else
{
// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_off, 12, 0xFFFF);
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
}
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
3.4. 效果验证
编译、烧录、查看结果。
效果：使用串口调试助手
电脑发送一个字符A，单片机收到后 发送 Light on 给电脑，同时LED亮。
电脑发送一个字符B(其他字符)，单片机收到后 发送 Light off 给电脑，同时LED灭。
4. 中断模式
4.1. 配置串口
配置中断
4.2. 生成代码
4.3. 运行原理及代码分析
和分析中断的过程一样。打开工程，在stm32f1xx_it.h中可以看到函数USART1_IRQHandler，显然，这是串口中断处理函数，在中断处理函数中又调用了函数HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
然后去看看函数HAL_UART_IRQHandler(&huart1);都干了什么事。在HAL_UART_IRQHandler(&huart1);函数中考虑了很多情况，从注释可以看出，不出错误的话，会调用函数UART_Receive_IT(huart);然后就返回了。
因此，我们看看函数UART_Receive_IT(huart);，在这个函数中也分了很多很多情况，我们直接看最后，最后有个函数HAL_UART_RxCpltCallback(huart);，从注释可以看出，这是个接收完成的回调函数。（学完配置以后，一定要看看7.1小节，关于这个函数的触发条件说明）
然后再去看看这个回调函数。还是在这个文件中，定义如下。
可以看到这个函数是个弱函数，用户可以再次定义该函数。也就是说，我们可以重新定义这个函数，并在函数中编写我们处理中断的逻辑。
注释写的也很清楚：
当需要回调时，不应修改此函数，HAL_UART_RxCpltCallback可以在用户文件中实现
这段放在哪都行。大的工程可以创建一个文件放进去；这里直接放在main.c中了。
/* USER CODE BEGIN PV */
char light_on[11] = "Light on \r\n";
char light_off[12] = "Light off \r\n";
char rec_buf[1] = {0};
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
// 判断是不是串口1 中断
if(huart->Instance == USART1)
{
if(rec_buf[0] == 'A')
{
// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_on, 11, 0xFFFF);
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}
else
{
// 串口1、发送的数据、发送的长度（单位：字节）、超时时间
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)light_off, 12, 0xFFFF);
HAL_GPIO_WritePin(LED0_GPIO_Port, LED0_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
// 重新使能接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 1);
}
}
/* USER CODE END PFP */
int main(void)
{
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
// 开启串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 1);
// 发送开始提示信息
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"start...\r\n", 10, 0xFFFF);
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
4.4. 效果验证
编译、烧录、查看结果。
效果：使用串口调试助手
- 复位开发板，电脑收到 start…
- 电脑发送字符 A，单片机收到后 发送 Light on 给电脑，同时 LED 亮；
- 电脑发送字符 B（其他字符也可），单片机收到后 发送 Light off 给电脑，同时 LED 灭。
5. DMA模式
5.1. 配置串口
配置DMA
DMA (
Direct Memory Access)直接存储器访问，可以不使用CPU，将数据在存储器与外设之间传输（也可以从存储器 到 存储器）。
STM32 最多有 2 个 DMA 控制器（DMA2 仅存在大容量产品中），STM32F103RCT6 有两个 DMA 控制器， DMA1 和 DMA2，DMA1 有 7 个通道。DMA2 有 5 个通道。
接收通道（设置为循环接收）
发送通道（设置为普通模式）
DMA Request：
- USART1_TX：表示在发送数据的时候使用 DMA通道。
- USART1_RX：表示在接收数据的时候使用 DMA通道。
Mode：
- Normal 模式：表示 CPU 发起 DMA 传输请求，就把数据通过DMA通道传输出去，传输完成之后会触发中断；
- Circular模式，表示会循环把数据传输出去，传输完成之后从头再来。
Increment Address：这里在内存上勾选，没勾选外设，因为外设（这里是串口）地址是固定的，只需要把数据的 起始地址传输过去，地址不断累加就可以了。
勾选中断（DMA中断优先级设置的比串口中断要低，不过其实不低也能运行）。
5.2. 生成代码
5.3. 编写代码
/* USER CODE BEGIN PV */
char buf[13] = "running... \r\n";
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN WHILE */
// 开启DMA接收数据通道，将串口数据存到buf数组。
// 这里设置的循环模式，会不断接收串口数据到内存。
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t *)buf, 13);
// 串口其他 DMA 相关函数
// HAL_UART_DMAResume(&huart1); 恢复串口DMA
// HAL_UART_DMAPause(&huart1) 暂停串口DMA
// HAL_UART_DMAStop(&huart1); 结束串口DMA
while (1)
{
// 开启DMA发送传输通道
// 这里设置的普通模式，发送一次就关闭了。延迟一段时间后，重新打开发送。
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buf, 13);
HAL_Delay(1000);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
这里有个bug。
- MX_DMA_Init();
- MX_USART1_UART_Init();
这两个初始化，必须DMA在前，USART在后，否则编译通过，但是运行会卡死。
如果一开始就设置了DMA和串口，一般没啥问题。但是如果一开始只设置了串口，生成代码后，又加了DMA，就容易出现 DMA在后面的情况。
另外：可以通过设置，来设置先后顺序。
5.4. 效果验证
编译、烧录、查看结果。
效果：使用串口调试助手
- 初始化后，串口助手每隔一秒收到 字符串 running…
- 使用串口助手向开发板发送 任意字符（比如 1234567890ab），该字符会被存储到buf数组中，之后串口助手会不断收到 发送的任意字符串（如果发送的长度不足13个字符，则只会替换前几个字符，后面几个还是原来的）。
6. 串口重定向
为了方便发送数据，我们使用printf函数发送数据，但是使用此函数需要先进行配置。
6.1. 配置原理
printf函数定义在
printf 函数会调用更底层的 I/O 函数：fputc去逐个字符打印。fputc 也定义于头文件
因此，我们如果想用 printf 打印数据到串口，只需要重新定义fputc函数，在fputc的函数中将数据通过串口发送，称之为：fputc重定向或者printf重定向。
6.2. 实现
配置还是上面三种的配置，随便啦。
6.2.1. 使用MicroLIB库
MicroLib是对标准C库进行了高度优化之后的库，供MDK默认使用，相比之下，MicroLIB的代码更少，资源占用更少。
步骤一：在MDK中使用MicroLib重定向printf
步骤二：在生成的usart.c中添加重定向代码。这里放到最后
/* USER CODE BEGIN 1 */
/**********************printf重定向****************************/
// 需要调用stdio.h文件
#include main.c
while (1)
{
printf("Hello, %s \r\n", "world"); // 字符串
printf("Test int: i = %d \r\n", 100); // 整数
printf("Test float: i = %f \r\n", 1.234); // 浮点数
printf("Test hex: i = 0x%2x \r\n",100); // 16进制
printf("中文测试 \r\n"); // 中文
HAL_Delay(2000);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
效果验证
编译、烧录、查看结果。
效果：使用串口调试助手
每隔两秒，发送数据。
6.2.2. 不使用MicroLIB库
不用勾选 Use MicroLIB，直接在 usart.c 文件中添加以下代码。
// 需要调用stdio.h文件
#include main.c
while (1)
{
printf("Hello, %s \r\n", "world"); // 字符串
printf("Test int: i = %d \r\n", 100); // 整数
printf("Test float: i = %f \r\n", 1.234); // 浮点数
printf("Test hex: i = 0x%2x \r\n",100); // 16进制
printf("中文测试 \r\n"); // 中文
HAL_Delay(2000);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
效果验证
每隔两秒，发送数据。
PS：在其他文件中使用printf会有警告 unction “printf” declared implicitly 出现，不影响使用。如果不想看到警告，可以在调用的文件中添加#include
7. 进阶——接收不定长数据
7.1. 串口中断函数、回调函数的补充明⭐⭐⭐
串口中断函数
每接收到一个字节，就会进入一次串口中断函数。如果一个数据帧发送了多个字节，就会连续进入多次中断处理函数。
比如：通过串口助手给单片机发送"0123456789"（不要勾选发送新行），则单片机会连续进入10次void USART1_IRQHandler(void)中断处理函数。
接收完成回调函数
每接收完成一次，会执行一次接收完成回调函数。
前面中断章节中，说了接收完毕后会执行接收完成回调函数void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)，但是没有具体说明，什么时候才算接收完成。
可以看下面这行代码，显然，这里是想接收10个字节，并把它放到rec_buf数组中。那么，接收够10个字节，就表示接收完成了。
// 开启串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 10);
那如果，我只发送5个字节呢？那就只会进入5次中断，不会执行接收完成回调函数，当再次发送5个字节的时候，就会在执行第5次中断的时候，执行接收完成回调函数。
再如果，发送8个字符呢？那就只会进入8次中断，不会执行接收完成回调函数，当再次发送8个字节的时候，会在执行2次中断并执行回调函数，然后再次执行一次中断函数就卡死了…
示例
串口配置和中断章节的配置一样：打开串口，勾选中断即可。
main.c
char rec_buf[10] = {0};
volatile uint8_t num = 0; // 记录进入中断的次数
volatile uint8_t numback = 0; // 记录进入回调的次数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
// 判断是不是串口1 中断
if(huart->Instance == USART1)
{
printf("已经进入了 %d 次中断函数了 \r\n", num);
printf("第 %d 次进入回调 \r\n", ++numback);
// 重新开启接收
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 10);
}
}
int main(void)
{
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
// 开启串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)rec_buf, 10);
while (1)
{
printf("已经进入了 %d 次中断函数了 \r\n", num);
HAL_Delay(1000);
}
}
stm32f1xx_it.c
extern volatile uint8_t num;
void USART1_IRQHandler(void)
{
num++; // 记录进入中断的次数
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}
发送“1234567890”10个字符（10个字节），可以看到，会进入10次中断，在最后一次中断时，刚好接收够10个字节，也就执行了回调函数。
而当发送“12345”5个字符（5个字节）时，进入了5次中断，但是并没有接收完成，如果再次发送5个字符，则再进入5次中断，再第5次中断时接收完成，执行了回调函数。
而如果发送“12345678”8个字符（8个字节）时，进入了8次中断，但是并没有接收完成，如果再次发送8个字符，第二次中断会执行回调函数，并再次进入中断，之后再点发送就没用了。。。
总之，前面的三种方案，只能处理数据长度比较固定的数据。
7.1. DMA+空闲中断
先说要一下串口的中断。主要说两个串口接收中断、串口空闲中断。
- 串口接收中断（UART_IT_RXNE）：一帧数据是表示一个或多个字节组成的有含义的字符串，比如前面案例中发送的一个字符串。在一帧数据发送过程中，每接收到一个字节，就会进入一次到串口中断函数。如果满足接收完成的条件，在中断函数中还会执行了发送完成的回调函数。
- 串口空闲中断（UART_IT_IDLE）：上面发送一个字符串（一帧数据）可能包含多个字节，会不断进入接收中断函数，因此发送两个字节之间的时间很短，串口不能认为是空闲的。但是整个字符串（一帧数据）发送完成之后，串口在可以发送一个字节的时间内没有再次发送数据，此时，就会发生空闲中断。
总结：
| 接收中断 | 空闲中断 | |
|---|---|---|
| 处理函数 | USARTx_IRQHandler() | USARTx_IRQHandler() |
| 回调函数 | HAL_UART_RxCpltCallback() | HAL库没有提供 |
| USART状态寄存器中的位 | UART_IT_RXNE | UART_IT_IDLE |
| 触发条件 | 接受到一个字节数据触发一次 | 接受完一帧数据又过了一个字节时间没有接收到数据 |
在上面的程序中，当DMA串口接收开始后，DMA通道会不断的将发送来的数据转移到内存，也就是说接收程序一直在运行，那该如何判断串口接收是否完成从而及时关闭DMA通道？如何知道接收到数据的长度，以便于接收不定长的呢？答案便是使用串口空闲中断。
解决办法
- 串口收到数据，DMA不断传输数据到内存。
- 一帧数据发送完毕，串口暂时空闲，触发串口空闲中断。
- 在中断服务函数中，根据空闲中断的标志位判断是否发生空闲中断，可以计算刚才收到了多少个字节的数据。
- 存储接收到的数据，清除标志位，开始下一帧接收。
代码（配置就是DMA模式的配置）
main.c
/* USER CODE BEGIN PV */
// 自己定义两个变量
uint8_t rx_buffer[100]; // 接收数据的数组
volatile uint8_t rx_len = 0; // 接收数据的长度
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USART1_UART_Init();
/* USER CODE BEGIN WHILE */
//开启空闲中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
// 开启DMA接收数据通道，将串口数据存到buf数组。
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t *)rx_buffer, 100);
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
stm32f1xx_it.c
/* USER CODE BEGIN PV */
// 定义在main.c中，在此处声明
extern uint8_t rx_buffer[100]; // 接收数据的数组
extern volatile uint8_t rx_len; // 接收数据的长度
/* USER CODE END PV */
/**
* @brief This function handles USART1 global interrupt.
*/
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 */
// 获取IDLE状态
uint8_t tmp_flag = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE);
if((tmp_flag != RESET)) // 判断接收是否结束
{
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1); // 清除空闲中断标志
HAL_UART_DMAStop(&huart1); // 停止DMA通道
// 查询DMA剩余传输数据个数
uint8_t temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
// 最大接收长度 - 剩余长度 = 已发送长度
rx_len = 100 - temp;
/* === 在下面写自己的处理逻辑（注意这里是中断，尽量简短） === */
// 发送接收到的数据
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rx_buffer, rx_len);
/* === 在上面写自己的处理逻辑（注意这里是中断，尽量简短） === */
// 重新开启DMA
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,100);
}
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}
效果验证
不管给开发板发送多长的数据，都会重新发送回来。
7.2. 中断+环形缓冲区
代码有点长，代码链接在主页，代码有详细注释和使用说明。