【STM32CubeMX串口通信详解】USART2 -- DMA发送 + DMA空闲中断 接收不定长数据
（ 本篇正在编写、更新状态中.....)
文章目录：
前言
前言
本篇，详细地用截图解释 CubeMX 对 USART2 的配置，HAL函数使用，和收发程序的编写。
收、发机制：DMA发送 + DAM空闲中断接收。
DMA+空闲中断的搭配，相当高效，而且最大地节省芯片运行资源。
本篇代码，适用于绝大部分的串口模块通信，如ESP8266、串口屏、蓝牙模块等。
不讲解串口通信原理， 串口通信原理，请自行扫盲：串口通讯工作原理！
只详细地截图：CubeMX配置、代码编写过程。
如有错漏，欢迎指正。
约定1：本篇所述USART通信，是指常用的异步通信，即UART。
一、准备工作
1、接线
为了方便测试，在上篇USART1通信的基础上，增加USART2的代码。
使用USART2接串口通信模块，本文所用，是蓝牙模块：ECB02;
实验将通过串口助手(USART1)， 对蓝牙模块ECB02 (USART2），进行调试和通信。
① USART1的接线
使用了板载USB转TTL。USART1的PA9、PA10, 已连接USB转TTL。
使用USB线，插到开发板上的CMSIS-DAP接口，无需外接USB转TTL模块。
② USART2接线
本文引脚连接，如下表:
| 蓝牙 ECB02 模块 | STM32 开发板 |
|---|---|
| RXD | TX-PC10 （UART4) |
| TXD | RX-PC11 (UART4) |
| GND | GND |
| VCC | 3.3V |
2、新建工程
为了减少篇幅长度，复制之前已建立的工程：USART1 -- DMA发送+DMA空闲中断接收
复制它整个文件夹、重新修改文件夹名称，如：USART2 -- DMA发送+DMA空闲中断接收。
技巧：只能修改工程文件夹名称，不要修改工程文件的名称，否则，CubeMX无法重新生成。
技巧：复制已有工程，是老司机的日常操作，能延用已写好的代码和配置，大大减少开发时间。
相关基础文章链接：
新建一个工程(STM32F103)
新建一个工程(STM32F407)
GPIO 推挽输出模式，点亮LED灯
USART1 -- DMA发送 + DMA空闲中断 接收不定长数据
二、CubeMX的配置
串口通信的收发机制，有很多方式、组合。
本文，介绍操作最简单、实用的一种组合：
发送：DMA。
接收：DMA+空闲中断接收。
适用于绝大部分的串口模块通信，如ESP8266、串口屏、蓝牙模块等。
1、USART2 配置 异步通信
在选择异步通信后，将会使用默认引脚：TX-PA2, RX-PA3.
我们无需对引脚进行任何配置，CubeMX帮我们自动配置好！
2、通信协议参数
本篇，使用常用配置：115200-None-8-1。
如下图，4个主要的通信协议参数，一般只需修改波特率。蓝色的3项，基本万年不动。
3、使能中断
USART1配置DMA后，会自动使能中断。
USART2要手动打开中断。
4、打开DMA发送、接收
网上很多教程，只使能了USART_RX的DMA，而不使能USART_TX的DMA。
除非，TX所用的DMA通道，已被其它设备占用了，否则，你为何能容忍它躺平不干活?!
添加完成后的状态：
5、设置RX引脚上拉
在选择异步通信后，CubeMX会自动配置引脚的工作模式。
这时的默认配置：不打开上下拉。这可能会使引脚在悬空状态时电平不确定，产生误接收。
我们把RX接收引脚的PA3，修改为：上拉（Pull-up)，给引脚固定一个弱上拉，以避免悬空时产生误接收。
好了，就这么简单。
优先级配置，默认就行。DMA配置，默认就行。
然后，点击 GENERATE CODE，生成工程吧！
三、发送操作、代码解释
我们打开生成后的Keil工程。
在main.c文件能看到，已增加了DMA和USART1的初始化代码。
初始化部分，CubeMX都已帮我们编写好了，发送部分的底层处理、逻辑，CubeMX也编写好了。
在工程中，现在就能直接使用下面这 3个 函数，发送任何数据：
HAL_UART_Transmit (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num, 超时值);
HAL_UART_Transmit_IT (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num);
HAL_UART_Transmit_DMA (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num);
先上板测试，后面再解释！
在/* USER CODE BEGIN 2 */ 与 /* USER CODE END 2 */ 之间，敲入以下发送代码：
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* 用户代码，必须写在配对的BEGIN与END之间 */
static char strTem[100] = "Hello World!\r"; // 定义一个数组，也可以是其它的数据，如结构体等
HAL_UART_Transmit (&huart1, (uint8_t*)strTem, strlen(strTem), 0xFFFF); // 发送方式2：HAL_UART_Transmit(), 不推荐使用; 阻塞式发送，当调用后，程序会一直死等，不干其它事了(中断除外)，直到发送完毕
HAL_UART_Transmit_IT (&huart1, (uint8_t*)strTem, strlen(strTem)); // 发送方式3：HAL_UART_Transmit_IT(), 推荐使用; 利用中断发送，非阻塞式，大大减少资源占用; 注意：当上次的调用还没完成发送，下次的调用会直接返回(放弃)，所以，要想连接发送，两行调用间，要么判断串口结构体gState的值，要么调用延时HAL_Delay(ms), ms值要大于前一帧发送用时, 用时计算：1/(波特率*11*前一帧字节数)
while((&huart1)->gState != HAL_UART_STATE_READY); // 等待上条发送结束; 也可以用HAL_Delay延时法，但就要计算发送用时; 两种方法都是死等法，程序暂时卡死不会往下运行; 如果两次发送间隔时间大，如，大于100ms, 就不用判断语句了。
HAL_UART_Transmit_DMA (&huart1,(uint8_t*)strTem, strlen(strTem)); // 发送方式4：HAL_UART_Transmit_DMA()，推荐使用; 利用DMA发送，非阻塞式，最大限度减少资源占用; 注意：当上次的调用还没完成发送，下次的调用会直接返回(放弃); 所以，要想连接发送，两行调用间，要么判断串口结构体gState的值，要么调用延时HAL_Delay(ms), ms值要大于前一帧发送用时，用时计算：1/(波特率*11*前一帧字节数)
/* USER CODE END 2 */打开电脑的串口助手。
编译、烧录。串口助手马上有显示：
如果你那边，烧录后没有显示，要么是串口号错了，要么是没有打勾keil的自动复位。
下面，对3个函数的使用，逐一解释，不建议新手跳过，有避坑干货。
1、HAL_UART_Transmit (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num, 超时值);
阻塞式发送。参数：串口，数据地址，发送的字节数，ms超时值
每发送一个字节，死等，好了继续发下一个，再死等，不断重复。
就是以前标准库种那最普通的死等法，只是它增加了一个超时值。
超时值：如果指定时间内没发送完毕，就直接返回，防止卡死。数据发送通信需时：
1秒 ÷ 波特率 × 字节数 × 10 × 1000ms。举例：115200波特率，100字节，大约用时 9ms。
新手如果不会计算，直接把超时值填大一点，如50ms。
2、HAL_UART_Transmit_IT (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num);
利用中断发送。参数：串口，数据地址，发送的字节数
向寄存器填入一个字节，程序就继续干其它的事去，当一个字节发送完成后会产生发送中断，CubeMX生成的回调函数，自动填入下一个字节，不断重复，不用干预。
非阻塞式发送。能大大地减少程序运行时间的占用。
有一点要注意：当连续地调用本中断发送函数时，调用的间隔时间，小于通信所需的用时（按上），这时，后面那条函数调用，会直接返回，放弃发送。 因为函数内部，在发送前会判断串口的忙状态，如果在忙（还在发送上一包数据），就放弃本包数据，返回。
解决的方法，有两个：
① 最常用的，两行中断发送函数间，插入：HAL_Delay(10)，原理参考上面的发送需时。
② 两行中断发送函数间，插入 while((&huart1)->gState != HAL_UART_STATE_READY); 和 HAL_Delay() 一样，都是死等，但能省了那么一点点运行时间。
3、HAL_UART_Transmit_DMA (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num);
DMA发送。参数：串口，数据地址，发送的字节数。
上面的中断发送函数，100个字节，会产生100次中断。这个DMA发送函数，全程只产生一次中断。
调用后，函数给DMA数据地址，DMA就自动开始搬砖，它会把数据逐字节搬运到串口的DR寄存器上，等串口发送完这个字节了，再自动搬运下一个，过程完全不占用程序运行资源。搬完了，就产生一个中断，给程序打个招呼。通常，我们程序上，把这个“招呼”也省略了，不用理会它。
3个发送函数中，推荐使用这个DMA发送函数，发送的最优解。
同样的，两行DMA发送函数间，注意发送间隔，否则放弃发送直接返回。处理方法同上。
四、printf 重定向到USART1
约定俗成地，常使用printf函数，输出一些调试信息。它能很灵活地控制输出字符串的格式。
约定俗成地，printf 常通过 USART1 输出数据到串口助手，而非USART2、3...。
要使用 printf ，需要做两个事：
① 在文件头，插入： #include "stdio.h" ;
② 重定向 printf, 使它能通过 USART1 输出。
把下面代码，复制到 main.c的 BEGIN 4 与 END 4 注释行之间，即可使用。
无需打勾“Use MicroLIB"。
#include
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int handle;
}; // 标准库需要的支持函数
FILE __stdout; // FILE 在stdio.h文件
void _sys_exit(int x)
{
x = x; // 定义_sys_exit()以避免使用半主机模式
}
int fputc(int ch, FILE *f) // 重写fputc函数，使printf的输出由UART1实现, 这里使用USART1
{
// 注意，不能使用HAL_UART_Transmit_IT(), 机制上会冲突; 因为调用中断发送函数后，如果上次发送还在进行，就会直接返回！它不会继续等待，也不会数据填入队列排队发送
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0x02); // 使用HAL_UART_Transmit，相等于USART1->DR = ch, 函数内部加了简单的超时判断(ms)，防止卡死
return ch;
} 现在，试试我们的 printf 输出效果：
在刚才敲入代码的位置，在3个发送函数之前，添加一行printf, 尝试输出系统运行时钟的值。
整体如下:
/* USER CODE BEGIN 2 */
/* 用户代码，必须写在配对的BEGIN与END之间 */
printf("\r系统运行时钟：%d MHz\r", SystemCoreClock/1000000); // 发送方式1：使用printf发送，它有灵活的格式化，很适合处理字符串; 注意：printf需要重定向fputc函数才能使用，否则程序会卡死; 本示例已重写fputc, 在main.c的底部附近
static char strTem[100] = "Hello World!\r"; // 定义一个数组，也可以是其它的数据，如结构体等
HAL_UART_Transmit (&huart1, (uint8_t*)strTem, strlen(strTem), 0xFFFF); // 发送方式2：HAL_UART_Transmit(), 不推荐使用; 阻塞式发送，当调用后，程序会一直死等，不干其它事了(中断除外)，直到发送完毕
HAL_UART_Transmit_IT (&huart1, (uint8_t*)strTem, strlen(strTem)); // 发送方式3：HAL_UART_Transmit_IT(), 推荐使用; 利用中断发送，非阻塞式，大大减少资源占用; 注意：当上次的调用还没完成发送，下次的调用会直接返回(放弃)，所以，要想连接发送，两行调用间，要么判断串口结构体gState的值，要么调用延时HAL_Delay(ms), ms值要大于前一帧发送用时, 用时计算：1/(波特率*11*前一帧字节数)
while((&huart1)->gState != HAL_UART_STATE_READY); // 等待上条发送结束; 也可以用HAL_Delay延时法，但就要计算发送用时; 两种方法都是死等法，程序暂时卡死不会往下运行; 如果两次发送间隔时间大，如，大于100ms, 就不用判断语句了。
HAL_UART_Transmit_DMA (&huart1,(uint8_t*)strTem, strlen(strTem)); // 发送方式4：HAL_UART_Transmit_DMA()，推荐使用; 利用DMA发送，非阻塞式，最大限度减少资源占用; 注意：当上次的调用还没完成发送，下次的调用会直接返回(放弃); 所以，要想连接发送，两行调用间，要么判断串口结构体gState的值，要么调用延时HAL_Delay(ms), ms值要大于前一帧发送用时，用时计算：1/(波特率*11*前一帧字节数)
/* USER CODE END 2 */
串口助手的输出效果，如下图，能正常输出了！
然后，我们来试个错，把printf这行，剪切到3个发送函数之下。再编译，烧录运行。
怎样，没有输出了吧？！
原因、解决的方法，如上面发送函数所述，不再重述。
上述3个函数，小编在测试时发现，还有两三处暂时没理解透的现象，但是发生的场景较少，这里就先不啰嗦了，等以后有更深入的理解时，再更新上来。
五、接收代码的编写
发送数据可以调用现成的函数，而接收数据，现成函数不太好用。
接收也有3个函数，和发送的3个函数相对应：
HAL_UART_Receive (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num, 超时值);
HAL_UART_Receive_IT (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num);
HAL_UART_Receive_DMA (&huart1, uint8_t *pData, uint16_t Num);
一般，大家都不使用这三个函数，太TM的难用了，有兴趣的可csdn搜它们的使用优劣分析。
我们利用HAL库现成的资源，另敲十来行代码，令串口的接收机制：更实用、更灵活。
完成后，整个接收过程，1个结构体 + 1个HAL库函数 + 1个回调函数，全程自动接收。
共分4小项，下面将有详细操作图解：
① 定义一个结构体变量：存放接收的字节数、数据数组。
② 开启DMA：让硬件自动接收数据放到缓存
③ 重写回调函数：当一帧数据接收好了，把缓存的数据，转存到全局结构体变量里，备用。
④ 在需要使用串口接收的地方，如在while中，判断接收字节数>0, 即为接收到新一帧数据了。
1、定义一个结构体变量：存放接收的字节数、数据
① 首先，在main.h文件，新建一个结构体类型
在 /* USER CODE BEGIN ET */ 与 /* USER CODE END ET */ 之间，新建一个结构体类型。
/* USER CODE BEGIN ET */
/* 所有用户代码，必须写在配对的BEGIO与END注释行之间，否则重新生成时会被删除 */
typedef struct // 声明一个结构体，方便管理变量
{
uint16_t ReceiveNum; // 接收字节数
uint8_t ReceiveData[512]; // 接收到的数据
uint8_t BuffTemp[512]; // 接收缓存; 注意：这个数组，只是一个缓存，用于DMA逐个字节接收，当接收完一帧后，数据在回调函数中，转存到 ReceiveData[ ] 存放。即：双缓冲，有效减少单缓冲的接收过程新数据覆盖旧数据
} xUSATR_TypeDef;
extern xUSATR_TypeDef xUSART1 ; // 定义结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
/* USER CODE END ET */
它有3个成员：
uint16_t ReceiveNum; // 接收字节数，只要字节数>0，即为接收到新一帧数据
uint8_t ReceiveData[512]; // 接收到的数据
uint8_t BuffTemp[512]; // 临时缓存，在DMA空闲中断中将把一帧数据复制到ReceivedData[ ]
有些教程，还有一个Flag变量，用来标记是否接收到数据。我们直接用ReceiveNum判断，更简单。
在定义结构体类型的下面一行代码中，用extern声明了一个结构体变量，它将在main.c中定义。
技巧：如果希望定义的结构体类型，工程全局可用，就要在h文件中定义，其它文件引用这个h文件。
技巧：如果希望定义的变量，能被工程全局调用，就在h文件中用extern声明，然后在某个c文件中定义。
② 回到main.c，定义结构体变量
在 /* USER CODE BEGIN 0 */ 与 /* END 0 */ 之间，使用新建的结构体类型，定义我们的结构体变量。
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* 所有用户代码，必须写在配对的BEGIO与END注释行之间，否则重新生成时会被删除 */
xUSATR_TypeDef xUSART1 = {0}; // 定义结构体，方便管理变量。也可以不用结构体，用单独的变量
/* USER CODE END 0 */现在，我们拥有一个了全局变量：xUSART1。
以后的其它文件，如蓝牙模块驱动、串口屏驱动，只要在文件中引用：main.h，就能通过这个结构体变量，使用串口1接收的数据了。
2、开启DMA，让硬件自动接收数据
我们整个接收过程，仅使用到1个HAL库函数，
只需在main()函数的初始化部分，调用HAL库函数：
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA (串口、缓存、字节数) ;
参数：串口、接收缓存区、最大接收字节数
作用：使能DMA、使能串口的空闲中断，正式进入接收状态。
操作：在 main.c的 /* USER CODE BEGIN 2 */ 与 /* END 2 */ 之间，插入函数：
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUSART1.BuffTemp, sizeof(xUSART1.BuffTemp)); // 开启DMA空闲中断 插入后的位置，如下图：
调用函数后，硬件就会立刻进入自动接收状态：从RX引脚接收到的数据，会逐个字节顺序存放到指定缓存中，这里我们指定的缓存是：xUSART1.BuffTemp。
因为函数内部，开启了DMA中断、空闲中断，所以达成下列两个条件之一，就会触发中断：
① DMA接收的字节数，达到了参数中的最大值
② 串口发生空闲中断，即RX引脚，超过1字节的时间，没有新信号。
当上述中断产生时，硬件自动调用其相关的中断服务函数，再继而调用回调函数。
CubeMX生成的代码，已编写好上述两个中断服务函数，还定义了一个它俩最终调用的回调函数。注意，这个回调函数是一个弱函数。
因此，我们不用管中断服务函数，只需重写这个回调函数，就能实现对接收数据的处理。
3、重写DMA空闲中断回调函数
DMA完成中断、空闲中断，所调用的回调函数：
HAL_UARTEx_RxEventCallback（串口，接收到的字节数);
弱函数定义在stm32xx_hal_gpio.c文件的底部。
现在，我们对它进行重写，以实现对接收数据的处理。
在main.c的底部，/* USER CODE BEGIN 4 */ 与 /* END 4 */ 之间，新建函数，并编写其代码：
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* 所有用户代码，必须写在配对的BEGIN与 END之间 */
/******************************************************************************
* 函 数： HAL_UARTEx_RxEventCallback
* 功 能： DMA+空闲中断回调函数
* 参 数： UART_HandleTypeDef *huart // 触发的串口
* uint16_t Size // 接收字节
* 返回值： 无
* 备 注： 1：这个是回调函数，不是中断服务函数。技巧：使用CubeMX生成的工程中，中断服务函数已被CubeMX安排妥当，我们只管重写回调函数
* 2：触发条件：当DMA接收到指定字节数时，或产生空闲中断时，硬件就会自动调用本回调函数，无需进行人工调用;
* 2：必须使用这个函数名称，因为它在CubeMX生成时，已被写好了各种函数调用、函数弱定义(在stm32xx_hal_uart.c的底部); 不要在原弱定义中增添代码，而是重写本函数
* 3：无需进行中断标志的清理，它在被调用前，已有清中断的操作;
* 4：生成的所有DMA+空闲中断服务函数，都会统一调用这个函数，以引脚编号作参数
* 5：判断参数传进来的引脚编号，即可知道是哪个串口接收收了多少字节
******************************************************************************/
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
if (huart == &huart1) // 判断串口
{
__HAL_UNLOCK(huart); // 解锁串口状态
xUSART1.ReceiveNum = Size; // 把接收字节数，存入结构体xUSART1.ReceiveNum，以备使用
memset(xUSART1.ReceiveData, 0, sizeof(xUSART1.ReceiveData)); // 清0前一帧的接收数据
memcpy(xUSART1.ReceiveData, xUSART1.BuffTemp, Size); // 把新数据，从临时缓存中，复制到xUSART1.ReceiveData[], 以备使用
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUSART1.BuffTemp, sizeof(xUSART1.BuffTemp)); // 再次开启DMA空闲中断; 每当接收完指定长度，或者产生空闲中断时，就会来到这个
}
}
/* USER CODE END 4 */上面代码，我们重点解释后四行：
① xUSART1.ReceiveNum = Size;
把接收的字节数，存入结构体 xUSART1.ReceiveNum，以备使用 。
在程序的其它地方，判断 ReceivNum > 0， 就能知道是否收到新一帧数据了。
② memset(xUSART1.ReceivedData, 0, sizeof(xUSART1.ReceivedData));
清0前一帧的数据缓存
③ memcpy(xUSART1.ReceivedData, xUSART1.BuffTemp, Size);
把新数据，从临时缓存中，复制到xUSART1.ReceivedData[], 以备使用
从结构体和这段回调函数中，可以发现，这是一个双缓存的操作思路。
.ReceivedData：用于存放接收后完整的一帧数据，对外使用 。
.BuffTemp：用于DMA接收过程，是一个中间缓存。
④ HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, xUSART1.BuffTemp, sizeof(xUSART1.BuffTemp));
再次开启DMA空闲中断，进入接收状态。
我们在main()函数的初始化部分，已调用过这个函数了，为什么要在回调函数中再次调用？
因为在DMA的中断服务函数里，会关闭DMA，即只接收一次。所以，在接收完一帧后，再次调用函数，就能让DMA开始工作接收下一帧。在这个位置调用 ，能让DMA不断地循环工作。
其实，在CubeMX配置中，DMA有一个选项 ：Mode的circular, 可以让DMA进行连续地的工作，接收完成后，无需在回调函数里再次开启DMA 。但是，目前的CubeMX版本(V6.10），这个参数的选择，会使我们上面的DMA接收与发送，相冲突。那我们二选一好了，自行手工调用。
注意一点：本篇的处理，是保存最后一帧数据。当有新一帧数据来了，会自动盖掉旧帧数据。
至此，接收工作已准备妥当。程序运行后，硬件会自动接收，并把接收的帧数据，存放到结构体中。
4、接收的使用示范
我们来试试使用的效果吧！
① 在main.c的while函数里，编写接收判断代码：
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */
/* 用户代码，必须写在配对的BEGIN与END之间 */if (xUSART1.ReceiveNum) // 判断字节数
{
printf("\r<<<<< USART1 接收到一帧数据 \r"); // 提示
printf("字节数：%d \r", xUSART1.ReceiveNum); // 显示字节数
printf("ASCII : %s\r", (char *)xUSART1.ReceiveData); // 显示数据，以ASCII方式显示，即以字符串的方式显示
printf("16进制: "); // 显示数据，以16进制方式，显示每一个字节的值
for (uint16_t i = 0; i < xUSART1.ReceiveNum; i++) // 逐个字节输出
printf("0x%X ", xUSART1.ReceiveData[i]); // 以16进制显示
printf("\r\r"); // 显示换行xUSART1.ReceiveNum = 0; // 清0接收标记
}}
/* USER CODE END 3 */
② 工程，编译，烧录！
③ 打开串口助手，参数设置 115200-None-8-1, 打开对应的串口端口。
按一下板子右下角的复位键，串口输出，如下图：
③ 在串口的发送区，输入字符串 "天气不错喔~~"，或者其它数据。
点击发送：串口助手将通过PA10，发送到开发板。在程序的while函数中，那段代码判断接收到数据后，为了方便观察，将通过USART1的PA9发出数据，串口助手接收后，显示如下：
④ 试试16进制数据的发送。
发送区：打勾16进制发送，输入随意16进制值，不用加0x，用空格作间隔。
注意，16进制的值，不一定是ASCII码表的显示范围值，所以在ASCII显示中，会出现乱码，正常现象。
至此，USART1的收发，已完整地展示完毕。
如有错漏，欢迎留言指正修改~~
USART2
USART3
UART4
UART5
USART6
