HAL库 串口空闲中断+DMA接收不定长数据 详解及踩坑

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前言

本文需要用到HAL库的HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数，如果编辑器提示找不到函数，可以尝试更新HAL库至最新版本。

串口接收不定长数据是串口的常见应用。最近的项目需要用到modbus协议，由于不经常使用HAL库，配置串口接收时遇到了一些问题。在此记录一下，希望能帮助到一些人。

一、串口及DMA基础配置

串口的接收常见的方法有一下两种：
方法一:
传统方法。具体参考：STM32 HAL CubeMX 串口IDLE接收空闲中断+DMA_Z小旋的博客
方法二:
利用HAL库的 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数,代码简洁。
本文采用的是方法二。
打开STM32CubeMX，开始配置程序。

注意要打开串口的全局中断

打开串口接收DMA，模式选择Normal。

点击侧边栏的NVIC选项
取消选中 Force DMA channels Interrupts，否则DMA不可自定义DMA中断优先级。

我这里配置成14，防止抢占其他更重要的中断。如果没有这个需要保持默认的0即可。

后续只需正确配置时钟树，然后即可生成代码。

二、HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数功能

函数中会把接收类型设置成HAL_UART_RECEPTION_TOIDLE,然后开启DMA接收,清除一次IDLEF标志位,重新开启IDLEF标志位

开启标志位后，如果串口中断来临就会执行中断处理函数void USART1_IRQHandler(void)

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 */
	HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);	//重新开启串口空闲中断和DMA接收,一定要放在这里
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

HAL_UART_IRQHandler(&huart1)中会判断各种中断类型，并执行对应的操作

主要关注其中关于IDLE中断的部分
首先判断串口的接收类型 ReceptionType,在HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()中已经被设为HAL_UART_RECEPTION_TOIDLE

清除相关中断的标志位(标志位具体功能对照参考手册查看)

最后调用事件回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback();

这个函数默认被定义成__weak 需要我们重新实现

__weak void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size);

三、使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数

1. 重新实现回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback

这里为了方便演示在main.c中重新实现

uint8_t rx_buffer[BUF_SIZE];  // 创建接收缓存,大小为BUF_SIZE

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        cnt = BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, cnt, 0xffff);	//将接受到的数据再发回上位机
        memset(rx_buffer, 0, cnt);
    }
}

也可以直接用形参Size替换cnt，这是HAL库定义好的，两者操作和作用都一样：表示DMA一次接收到了多少字节的数据。

2.调用接收函数

在main函数中,while循环前加入函数 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);否则无法完成第一次接收。
测试结果如下:
单片机发回了相同的数据。

四、踩坑

大部分文章中,习惯把HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE); //重新开启串口空闲中断和DMA接收
放在重新实现的函数void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)中,
而不是本文中放在void USART1_IRQHandler(void)中的方式。
也就是
本文：

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 */
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, BUF_SIZE);	//本文中选择放置在此处
    /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

区别于：

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        cnt = BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, cnt, 0xffff);
        memset(rx_buffer, 0, cnt);
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);	//其他大部分文章放置于此处
    }
}

放置在回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback中似乎也说的通:产生串口空闲中断时,会调用回调函数,并在其中重新开启串口空闲中断和DMA,等待下一次串口空闲中断来临。但是这样做会不会有bug？
实际测试一下:
首先，串口初始化时波特率配置成 9600bps

测试流程

第一次发送：波特率正确 9600bps 发送消息后收到正确的回复

第二次发送： 波特率错误 115200bps 发送消息后收不到回复

第三次发送 波特率改回正确的9600bps 发送后依然收不到回复

以上就是模拟波特率不小心设置错误的情况，居然产生了严重的问题，即使改回正确的波特率依然无法收到回复。
说明这种做法存在一定的风险。
经过大量的排查，最后确定问题就出在函数 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE)放置的位置。

波特率正确的正常情况下
USART的CR1寄存器中,IDLEIE位打开,ISR寄存器中IDLE位关闭

同时对应DMA通道寄存器的情况如下

目前收发正常

也能正常进入回调函数

接着改成错误的波特率，收不到回复

并且仿真未在回调函数中的断点处停下，说明不再进入回调函数

查看DMA寄存器，发现DMA没有正确打开(与之前的截图对比)

查看USART寄存器发现也未正确开启

原因

串口波特率错误时,不再进入回调函数。一轮接收结束时，串口空闲中断与DMA均被关闭，而两者的重启在回调函数中通过
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);开启。这就导致波特率错误时，无法接收后续的新数据。

总结

HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);必须放在void USART1_IRQHandler(void)中。
这样即使接收错误，也能重新开启串口空闲中断和DMA，不影响下次接收。