文章目录
- 一、简介
- 1.关于DMA
- 2.DMA使用场景
- 3.DMA控制结构
- 4.IDLE空闲中断
- 5.实现方法
- 二、RTT配置
- 三、串口收发流程
- 四、完整代码
- 五、测试验证
一、简介
1.关于DMA
DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色,它允许不同速度的硬件装置来沟通,而不需要依赖于CPU的大量中断负载。否则,CPU需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器,然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中,CPU对于其他的工作来说就无法使用。
简单的来说,能控制主存内部读写,这样有利于减轻CPU负担,加快读取速度。
在没有DMA之前,串口每次发送数据时都要由CPU将源地址上的数据拷贝到串口发送的相关寄存器上;串口每次接收数据时都要由CPU将发送来的数据拷贝到主存上。而加了DMA后,只需要告诉DMA源地址和目标地址,DMA通道就能够自动进行数据的转移,即CPU只需要告诉DMA:串口需要发送的数据在哪里,串口接收到的数据应该存在哪里,运输的工作则交由DMA去做,运输期间CPU就可以去处理别的事情,这就大大提高了CPU的运行效率。
2.DMA使用场景
DMA用在只需要传输数据,不需要处理数据的地方,有三种传输方式:
- 外设→存储器 (例如:将串口RDR寄存器写入某数据buf)
- 存储器→外设 (例如:将某数据buf写入串口TDR寄存器)
- 存储器→存储器(例如:复制某特别大的数据buf)
3.DMA控制结构
Stm32F4最多有:2个DMA控制器,各8个数据流,每个数据流有8个通道(或请求),每个通道有一个仲裁器,用于处理请求的优先级。
4.IDLE空闲中断
(1)STM32 IDLE 接收空闲中断—接受完一帧数据,触发中断
在使用串口接受字符串时,可以使用空闲中断(IDLEIE置1,即可使能空闲中断),这样在接收完一个字符串,进入空闲状态时,即将IDLE置1,便会激发一个空闲中断。在中断处理函数,我们可以解析这个字符串。
(2)STM32的IDLE的中断产生条件
在串口无数据接收的情况下,不会产生,当清除IDLE标志位后,必须有接收到第一个数据后,才开始触发,一但接收的数据断流,没有接收到数据,即产生IDLE中断
(3)STM32 RXNE接收数据中断—接受到一个字节的数据,触发中断
当串口接收到一个bit的数据时,(读取到一个停止位) 便会触发 RXNE接收数据中断
5.实现方法
利用串口IDLE空闲中断的方式接收一帧数据,方法如下:
- 选择一个串口,并配置成空闲中断IDLE模式且使能DMA接收,并同时设置接收缓冲区和初始化DMA。
- 初始化完成之后,当外部给单片机发送数据的时候,假设这次接受的数据长度是200个字节,那么在单片机接收到一个字节的时候并不会产生串口中断,而是DMA在后台把数据默默地搬运到你指定的缓冲区数组里面。
- 当整帧数据发送完毕之后串口才会产生一次中断,此时可以利用__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx)。
- 函数计算出当前DMA接收存储空间剩余字节:本次的数据接受长度=预先定义的接收总字节-接收存储空间剩余字节。
例如:本次串口接受200个字节,HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,200);//打开DMA接收。然后我发送了HelloWord
9个字节的数据长度,那么此时 GET_COUNTER函数读出来 接收存储空间剩余字节 就是191个字节,实际接受的字节(9) = 预先定义的接收总字节(200) - __HAL_DMA_GET_COUNTER()(191):9 = 200-191
二、RTT配置
(1)配置串口:主要是配置使用的串口号,以及打开RTT所需要的驱动函数。
/** After configuring corresponding UART or UART DMA, you can use it.** STEP 1, define macro define related to the serial port opening based on the serial port number* such as #define BSP_USING_UART1** STEP 2, according to the corresponding pin of serial port, define the related serial port information macro* such as #define BSP_UART1_TX_PIN "PA9"* #define BSP_UART1_RX_PIN "PA10"** STEP 3, if you want using SERIAL DMA, you must open it in the RT-Thread Settings.* RT-Thread Setting -> Components -> Device Drivers -> Serial Device Drivers -> Enable Serial DMA Mode** STEP 4, according to serial port number to define serial port tx/rx DMA function in the board.h file* such as #define BSP_UART1_RX_USING_DMA**/#define BSP_USING_UART1
#define BSP_UART1_TX_PIN "PA9"
#define BSP_UART1_RX_PIN "PA10"#define BSP_USING_UART3
#define BSP_UART3_TX_PIN "PD8"
#define BSP_UART3_RX_PIN "PD9"
(2)配置初始化函数:主要是使用CubeMx配置生成串口的初始化代码,并将代码复制到board.c
中。
extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart3_rx;
extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart3_tx;/**
* @brief USART MSP Initialization
* This function configures the hardware resources used in this example
* @param husart: USART handle pointer
* @retval None
*/
void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* huart)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if (huart->Instance == USART3){/* Peripheral clock enable */__HAL_RCC_USART3_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();/**USART3 GPIO ConfigurationPD8 ------> USART3_TXPD9 ------> USART3_RX*/GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_8 | GPIO_PIN_9;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART3;HAL_GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);/* USART3 DMA Init *//* USART3_RX Init */hdma_usart3_rx.Instance = DMA1_Stream1;hdma_usart3_rx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;hdma_usart3_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;hdma_usart3_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_usart3_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_usart3_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;hdma_usart3_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;hdma_usart3_rx.Init.Mode = DMA_NORMAL;hdma_usart3_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;hdma_usart3_rx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart3_rx) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(huart, hdmarx, hdma_usart3_rx);/* USART3_TX Init */hdma_usart3_tx.Instance = DMA1_Stream3;hdma_usart3_tx.Init.Channel = DMA_CHANNEL_4;hdma_usart3_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;hdma_usart3_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_usart3_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_usart3_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;hdma_usart3_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;hdma_usart3_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;hdma_usart3_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;hdma_usart3_tx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart3_tx) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(huart, hdmatx, hdma_usart3_tx);/* USART3 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(USART3_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(USART3_IRQn);}
}
三、串口收发流程
(1)接收数据的流程:
- 首先在初始化的时候打开DMA接收
- 当MCU通过USART接收外部发来的数据时,在进行第①②③步的时候,DMA直接将接收到的数据写入缓存rx_buffer[100] //接收数据缓存数组
- 程序此时也不会进入接收中断,在软件上无需做任何事情,要在初始化配置的时候设置好配置就可以了。
(2)数据接收完成的流程:
- 当数据接收完成之后产生接收空闲中断④
- 在中断服务函数中:
a:判断是否为IDLE接受空闲中断
b:在中断服务函数中将接收完成标志位置1
c:关闭DMA防止在处理数据时候接收数据,产生干扰。
d:计算出接收缓存中的数据长度,清除中断位, - while循环 主程序流程:
a:主程序中检测到接收完成标志被置1
b:进入数据处理程序,现将接收完成标志位置0,
c:将接收到的数据重新发送到上位机
d:重新设置DMA下次要接收的数据字节数,使能DMA进入接收数据状态。
四、完整代码
1.uart.c文件
#include "uart.h"volatile uint8_t rx_len = 0; // 接收一帧数据的长度
volatile uint8_t recv_end_flag = 0; // 一帧数据接收完成标志
uint8_t rx_buffer[100]={0}; // 接收数据缓存数组void MX_USART3_UART_Init(void)
{/* DMA controller clock enable */__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();huart3.Instance = USART3;huart3.Init.BaudRate = 115200;huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart3.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_UART_Init(&huart3) != HAL_OK){Error_Handler();}/* DMA interrupt init *//* DMA1_Stream1_IRQn interrupt configuration */HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream1_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream1_IRQn);/* DMA1_Stream3_IRQn interrupt configuration */HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream3_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream3_IRQn);__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3, UART_IT_IDLE); //使能IDLE中断//DMA接收函数,此句一定要加,不加接收不到第一次传进来的实数据,是空的,且此时接收到的数据长度为缓存器的数据长度HAL_UART_Receive_DMA(&huart3, rx_buffer, BUFFER_SIZE);
}/*** @brief 串口发送功能函数* @param buf:发送数据* @param len:数据长度*/
void DMA_Usart_Send(uint8_t *buf,uint8_t len)
{// 判断是否发送正常,如果出现异常则进入异常中断函数if (HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, buf, len) != HAL_OK){Error_Handler();}
}/*** @brief 串口接收功能函数* @param Data:接收数据* @param len:接收长度*/
void DMA_Usart1_Read(uint8_t *Data,uint8_t len)
{// 重新打开DMA接收HAL_UART_Receive_DMA(&huart3, Data, len);
}/*** @brief This function handles DMA1 stream1 global interrupt.*/
void DMA1_Stream1_IRQHandler(void)
{HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_usart3_rx);
}/*** @brief This function handles DMA1 stream3 global interrupt.*/
void DMA1_Stream3_IRQHandler(void)
{HAL_DMA_IRQHandler(&hdma_usart3_tx);
}/*** @brief This function handles USART3 global interrupt.*/
void USART3_IRQHandler(void)
{uint32_t tmp_flag = 0;uint32_t temp;tmp_flag = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart3, UART_FLAG_IDLE); // 获取IDLE标志位if ((tmp_flag != RESET)) // idle标志被置位{
#if 1__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart3); // 清除标志位
#elsetemp = huart3.Instance->SR; // 清除状态寄存器SR,读取SR寄存器可以实现清除SR寄存器的功能temp = huart3.Instance->DR; // 读取数据寄存器中的数据
#endifHAL_UART_DMAStop(&huart3); // 停止DMA传输,防止干扰#if 1temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart3_rx); // 获取DMA中未传输的数据个数
#elsetemp = hdma_usart3_rx.Instance->NDTR; // 读取NDTR寄存器,获取DMA中未传输的数据个数,
#endifrx_len = BUFFER_SIZE - temp; // 总计数减去未传输的数据个数,得到已经接收的数据个数recv_end_flag = 1; // 接受完成标志位置1}HAL_UART_Receive_DMA(&huart3, rx_buffer, BUFFER_SIZE); // 重新打开DMA接收HAL_UART_IRQHandler(&huart3);
}
2.uart.h文件
#ifndef APPLICATIONS_UART_H_
#define APPLICATIONS_UART_H_#include <rtthread.h>
#include <drv_common.h>UART_HandleTypeDef huart3;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart3_rx;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart3_tx;#define BUFFER_SIZE 100extern volatile uint8_t rx_len ; // 接收一帧数据的长度
extern volatile uint8_t recv_end_flag; // 一帧数据接收完成标志
extern uint8_t rx_buffer[100]; // 接收数据缓存数组extern void MX_USART3_UART_Init(void);
extern void DMA_Usart_Send(uint8_t *buf,uint8_t len);
extern void DMA_Usart1_Read(uint8_t *Data,uint8_t len);#endif /* APPLICATIONS_UART_H_ */
3.main.c文件
#include <rtthread.h>#define DBG_TAG "main"
#define DBG_LVL DBG_LOG
#include <rtdbg.h>
#include <string.h>
#include "uart.h"int main(void)
{int count = 1;MX_USART3_UART_Init();while (count){if (recv_end_flag == 1) // 接收完成标志{DMA_Usart_Send(rx_buffer, rx_len);rx_len = 0; // 清除计数recv_end_flag = 0; // 清除接收结束标志位memset(rx_buffer, 0, rx_len);}}return RT_EOK;
}
五、测试验证
通过将程序下载到单片机中,可以使用串口助手来进行数据的发送,如下可以看到可以进行正常数据的收发,并且使用uart的DMA功能,可以更好的改善CPU的运行效率,并且也不用暂用CPU,加快器性能。