GD32实现串口空闲(IDLE)中断 + DMA机制接收数据

前言

• 串口功能在单片机开发中，是比较常用的外设，熟练使用串口功能也是驱动开发必备的技能之一。
  DMA是一种CPU辅助手段，可以在CPU不参与的情况下，是做一些辅助CPU的事情，如通常的数据搬运。
  在没有DMA之前，数据读取时，需要CPU的处理，在多任务处理时，增加资源紧缺(CPU调度)；
  引入DMA之后，数据可以直接先进入DMA中处理，然后通过相应的标志，在需要的时候去DMA拿去即可，这样就极大的减轻CPU负担，提高了CPU的利用效率，有更多的时间去处理其它的事情。

• 本文讲的即是利用串口空闲(IDLE)中断 + DMA的机制来处理接收的数据。关于空闲的概念我在之前文章模拟串口收发驱动(采用IDLE信号机制),做了提及和介绍，也是在这根据这个概念在模拟情况下也引入这一机制，极大的提高的处理效率。

• 本文是基于GD32F330芯片做的代码示范，其实STM32或其他ARM芯片也一样可以按照下面流程方式进行配置使用，都有实现过，故总结之。

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正文(流程图 + 示例代码)

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在使用DMA之前需要通过MCU手册了解到当前外设映射的所在DMA通道;
上图为GD32F330芯片的DMA请求映射关系图，可以看到下面示例的USART0接收(RX)即映射到DMA _CH2上面。

• 框架流程图

收到空闲中断标志

接收数据帧标志置位,清除空闲中断标志

读取完后清除缓存以及数据帧标志

接收下一帧数据

初始化串口GPIO

初始化串口配置以及串口中断和DMA配置,使能空闲中断

中断中读取空闲中断标志

关闭DMA

读取串口缓存数据

重新设置DMA缓存大小,并使能DMA

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• 初始化配置

#define U1_RX_MAX_SIZE (150u)
unsigned char gb_uart1_rx_frame_flag = 0;//接收数据帧标志
unsigned char uart1_rx_buff[U1_RX_MAX_SIZE] = {0};//开辟的接收数据缓存区，按实际可能接收最大的数据长度来开辟即可。

/*
**串口1 GPIO初始化
*/
void gd32_uart1_gpio_init(void)
{
    /* enable GPIO clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
    /* connect port to USART0 tx */
    gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_9);
    /* connect port to USART0 rx */
    gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_10);
    /* configure USART tx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9);
    gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, GPIO_PIN_9);
    /* configure USART rx as alternate function push-pull */
    gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_10);
    gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, GPIO_PIN_10); 
}

/*
**串口参数配置
*/
void gd32_uart1_cfg_init(unsigned int baudrate)
{
	  nvic_irq_enable(USART0_IRQn,0, 1);
	
    /* enable USART clock */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0);
    /* configure USART */
    usart_deinit(USART0);
    usart_baudrate_set(USART0, baudrate);
    usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE);//打开串口接收功能
    usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE);//打开串口发送功能
    usart_dma_receive_config(USART0, USART_DENR_ENABLE);//使能 DMA接收 功能
    usart_enable(USART0);//使能串口

    while (RESET == usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_IDLE))
        ;
    usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_IDLE);//清除IDLE空闲标志，防止上电即误触发空闲。
    usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_IDLE);//使能IDLE空闲中断
}

/*
**串口0 DMA(发送通道DMA_CH1,接收通道DMA_CH2)配置初始化
*/
void gd32_uart1_dma_init(void)
{
    dma_parameter_struct dma_init_struct;

    rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA);

    /* deinitialize DMA channel2 (USART0 rx) */
    dma_deinit(DMA_CH2);
    dma_struct_para_init(&dma_init_struct);
    dma_init_struct.direction   = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;//数据是外设到内存(缓存)
    dma_init_struct.memory_addr = (uint32_t)uart1_rx_buff;//数据放置的内存(缓存)地址
    dma_init_struct.memory_inc  = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;//内存(缓存)地址增加开启
    dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;//内存(缓存)数据宽度是8bit,即1字节的存储。
    dma_init_struct.number       = U1_RX_MAX_SIZE;//开辟的内存(缓存)的大小
    dma_init_struct.periph_addr  = (uint32_t)&USART_RDATA(USART0);//数据来源的外设地址(串口接收寄存器)
    dma_init_struct.periph_inc   = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;//禁止外设地址增加
    dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT;//外设宽度
    dma_init_struct.priority     = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;//DMA动作优先级(最高)
    dma_init(DMA_CH2, &dma_init_struct);
    /* configure DMA mode */
    dma_circulation_disable(DMA_CH2);//禁止DMA循环接收
	dma_memory_to_memory_disable(DMA_CH2);//关闭内存到内存方式。
    /* enable DMA channel2 */
    dma_channel_enable(DMA_CH2);//使能DMA通道。
}

/*
**串口1初始化
*/
void gd32_uart1_init(void)
{
    gd32_uart1_dma_init();
    gd32_uart1_gpio_init();
    gd32_uart1_cfg_init(115200); 
}

/*
**DMA读取接收的数据长度
*/
unsigned int uart1_dma_read(void)
{
    /*
    dma_transfer_number_get(DMA_CH2);是获取当前指针计数值，
    用内存缓冲区大小 - 此计数值 = 接收到的数据长度（这里单位为字节）。
    需要说明下在读取数据长度的时候需要先把接收DMA关闭，读取完了或者是数据处理完了在打开接收DMA，防止在处理的过程中有数据到来而出错。
    */
    return U1_RX_MAX_SIZE - (dma_transfer_number_get(DMA_CH2));
}


/*
**DMA重配置缓存大小，并使能DMA
*/
void uart1_dma_refcg(void)
{
    dma_transfer_number_config(DMA_CH2, U1_RX_MAX_SIZE); //重载缓存大小
    dma_channel_enable(DMA_CH2);
}

• 中断接收处理

void USART0_IRQHandler(void)
{
    if(RESET != usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_IDLE)) 
    {
        /* disable DMA and reconfigure */
        dma_channel_disable(DMA_CH2);	//关闭DMA,在没有读取该接收帧数据之前禁止DMA再接收数据。
         /* number of data received */
        gb_uart1_rx_frame_flag = 1;//接收数据帧标志置位       		
        /* clear IDLE flag */
        usart_interrupt_flag_clear(USART0, USART_INT_FLAG_IDLE);//

    }
}

• 串口读缓存数据操作

/*
**串口读函数
*/
unsigned char *serial_read(const unsigned char port_num,unsigned int *const plen)
{
	switch(port_num)
	{
		case 0:
			if(gb_uart1_rx_frame_flag)
			{
				*plen = uart1_dma_read();//取数据长度	
				return uart1_rx_buff;//取数据指针
			}		
		break;
		case 1:	
		break;	
        defualt:
        break;	
	}
  *plen =0;
  return NULL;
}

• 串口清缓存数据操作

/*
**串口缓存清除
*/
void serial_flush(const unsigned char port_num,unsigned int flush_sz)
{
    switch(port_num)
	{
		case 0:
            if(gb_uart1_rx_frame_flag)
            {
                for(unsigned int i=0;i<U1_RX_MAX_SIZE;i++)//U1_RX_MAX_SIZE<=flush_sz?U1_RX_MAX_SIZE:flush_sz
                {
                    uart1_rx_buff[i]=0x00;//清除缓存	
                }
                gb_uart1_rx_frame_flag=0;
                uart1_dma_refcg();//重配置DMA				
            }
		break;
		case 1:
		break;
        default:
        break;
	}
}

• 调用

/*
**设备串口通信
*/
unsigned char dev_com_task(xxr_un *const rxd_me)
{
	unsigned char ack_code = ACK_OK; //响应值
	unsigned char shk_inf[13] = {0};
	unsigned int dat_len = 0;
	const unsigned char *p = com_seial_read(&dat_len); //读取串口数据

	if (0 == dat_len || NULL == p)
		return 0; /*数据为空，直接返回*/

	(MAX_PPT_RX_UDAT_LEN + 9) < dat_len ? dat_len = (MAX_PPT_RX_UDAT_LEN + 9) : 0;
	for (unsigned short int i = 0; i < dat_len; i++)
	{
		rxd_me->buff[i] = *p++;
	}
	/*协议头判断*/
	if (xx_dev_recv_msg_header_is(rxd_me->frame.sync_header))
		goto __END_HANDLE;
	/*负载长度信息错误*/
	if (MAX_PPT_RX_UDAT_LEN < rxd_me->frame.len)
		goto __END_HANDLE;
	const unsigned char msg_ckv = (xx_msg_chksum(&rxd_me->buff[0], 8) + xx_msg_chksum(&rxd_me->frame.udat[0], rxd_me->frame.len)) & 0xFF;

	if (rxd_me->frame.chksum != msg_ckv)
		goto __END_HANDLE; /*非协议帧数据，直接结束处理*/

	switch (rxd_me->frame.cmd)
	{
	case EQ_SHK_SET_CMD: /*设备握手指令*/
		if (rxd_me->frame.udat[0] & 0x1)
		{
			/*SET THE COM IS CNNING STATUS*/
			dev_com_status_set(CNN_STATE);
			/*BATT VOLTAGE INFO*/
			union
			{
				float volt;
				struct
				{
					unsigned char dat[4];
				};
			} batt;
			batt.volt = BATT_VOLTAGE_CONVERT(gb_adc_value) + 0.7F;
			shk_inf[12] = batt.dat[0];
			shk_inf[11] = batt.dat[1];
			shk_inf[10] = batt.dat[2];
			shk_inf[9] = batt.dat[3];
			/*GET SN INFO*/
			dev_sn_code_read_from_flash(&shk_inf[4], DEV_SN_INF_LEN); //读取设备SN码
			/*GET VERSION INFO*/
			// V01.00.13
			shk_inf[3] = *(volatile unsigned int *)(GD32_FLASH_APP_FILE_INF_START_ADDR + 0x0A); // 13
			shk_inf[2] = *(volatile unsigned int *)(GD32_FLASH_APP_FILE_INF_START_ADDR + 0x09); // 00
			shk_inf[1] = *(volatile unsigned int *)(GD32_FLASH_APP_FILE_INF_START_ADDR + 0x08); // 01
			/*OK*/
			shk_inf[0] = 0x80; /*回复标志*/
			xx_dev_msg_make_and_send(rxd_me->frame.cmd, sizeof(shk_inf), (unsigned char *)&shk_inf[0], serial_write);
			goto __END_HANDLE;
		}
		else
		{
			dev_com_status_set(DISCNN_STATE);
			goto __ACK_HANDLE;
		}
		break;
	default:
		goto __END_HANDLE;
	}
__ACK_HANDLE: //设备回应
	xx_dev_msg_make_and_send(rxd_me->frame.cmd, sizeof(ack_code), &ack_code, serial_write);
__END_HANDLE: //清除串口接收数据缓存
	serial_flush(0);
	dat_len = 0;
	return 0;
}

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