[FreeRTOS+STM32CubeMX] 04 USART串口的DMA接收

黄里希

于 2025-03-26 15:49:53 发布

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文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机 stm32cubemx FreeRTOS

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/RichieHuang/article/details/146529598

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我们接着上小节，在上一小节中，我们利用USART的中断系统实现了串口的接收功能，但是在收数据的时候，只能一字节一字节传输，或者由我们设置的字节数顺序传输，如果设置了传送数字，就不能传送字符串，实在有些不方便（比如，我要发送123456给单片机，它智能一个字节一个字节的从队列读出来再依次传给我），除此之外，每次传输数据，都要占用CPU，在任务量多且数据量大的时候，CPU负荷将会大大增加，那么本小节就来解决以上讲到的问题：如何利用USART串口通信实现字符串、数字的直接传输且不占用CPU。

首先先要引入一下DMA数据通道的概念，简单来说，DMA就是单片机上的一个不占用CPU的对外连接的通道，可以连接各种外设，在传输数据的过程中，不用预先存储在单片机的寄存器，而是直接通过DMA通道传输。这样一来，数据的传输不会占用CPU内存，实现大量数据的传输，DMA在工程中的应用十分广泛。

一、CubeMX配置

接下来利用Cubemx进行配置：

重新新建一个工程，配置RCC和SYS，因为要用到Free RTOS，所以不选用SYSTICL，这里我们使用的是TIM1

使能USART1为异步通信：

打开NVIC中断，设置DMA

添加两个DMA，分别为发送DMA通道和接收DMA通道，优先级设置为very high

确保三个中断都打开

配置FREERTOS，添加一个任务，命名为USART_Rx(这里没有发送任务，以接收任务为例）

再创建一个队列，用来存放DMA传输的数据，注意：这里的队列我们设置为指针模式，即队列传输时传的是一个地址，传输的数据我们要放到指针当中。

Queue Size设置为5（看具体需求，设置为1也没问题，当然越多传输的越快）

Item Size 我们设置为void * ，即设为一个指针

这个Interface设为V2 V1 都可以，V2 具有更大的API函数，这里以V2 为例

配置时钟为72MHz

命名并将IDE改为MDK

注意：如果使用的Interface是V2 ，下面的Package要改为1.8.5的版本

生成Keil5 代码

二、代码程序

先看到我们的freertos.c文件，由目的出发，我们想要上位机通过DMA传送数据给单片机，而DMA又是通过传送数据到队列中进行数据的传输，那么我们在任务中就应该从队列中取数据，并对数据进行处理（我这里对数据做了一个回显操作），接下来看代码部分：

void task2(void *argument)
{
  /* USER CODE BEGIN task2 */
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1 ,UART_IT_IDLE);
	//开启空闲中断，当然你也可以用上一节的HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&存放地址，1)由于这里我们要用DMA传输，没有用到地址，所以不用该函数，直接开启中断
	
	HAL_UART_Receive_DMA(&huart1 ,uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl].buffer,UART_BUFFER_SIZE);//我们用DMA传输，用这个receive函数，存储在结构体中
	
	UART_RX_TypeDef *RecvUartData;//定义一个结构体指针，用来存储接收的数据的.buffer和.size
	
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
	  
	  if(xQueueReceive(uart_queueHandle,&RecvUartData,portMAX_DELAY )== pdTRUE){
		  //队列中存入了数据
		  //将数据做了一个串口回显，当然你用作其它处理也可以
		  HAL_UART_Transmit(&huart1,RecvUartData->buffer,RecvUartData->size,1000);
		  
	  }
    osDelay(1);
  }

先看到for函数，我们肯定是先编写代码，然后看需要用到什么变量，再依次去定义它；

在for循环中，我写了一个if语句，如果队列中有数据了，就把数据回显到上位机；

用到了xQueueReceive函数，uart_queueHandle是创建的队列的名称，在文件的上方有cubemx帮我们定义

RecvUartData是我们存数据的地址，这里我们需要定义一下，由于USART在传输数据时需要知道数据的字节数，所以指针RecvUartData中应该包含两个数据1.buffer具体的数据；2.size数据的长度，于是这个指针应该是一个结构体，所以我们定义一个结构体，这个结构体中应该包含两个数据：

typedef struct {
	uint8_t buffer[UART_BUFFER_SIZE];	
	uint16_t size;
	
}UART_RX_TypeDef;

在文件的最上方定义一个结构体，我们命名为 UART_RX_TypeDef；可以看到结构体中有两个参数，一个是buffer数组，数组的个数为UART_BUFFER_SIZE个，这里我们需要定义一下UART_BUFFER_SIZE，也就是说，buffer数组共有256个数据位供我们存放，也就是buffer的数据空间大小；我们再定义了一个UART_BUFFER_QUANTITY为5，这与我们的队列长度Item Size一致，Item Size改变时，这个也要修改；

有了结构体，我们再去定义RecvUartData；UART_RX_TypeDef *RecvUartData;

HAL_UART_Transmit串口发送函数，RecvUartData->buffer结构体中传输的数据；RecvUartData->size结构体中的size数据的长度；

目的已经明确了，那现在怎么让数据通过DMA传输到队列里呢？接着往下，打开main.c文件

如果我们打开了串口的中断，当上位机发送数据过来时，触发中断，如果这个时候我们再中断函数中执行DMA存入队列的操作，即可达到目的；

所以我们定义一个函数void USART1_DMAHandler(void)，一旦中断发生，执行该函数。

接下来看该函数怎么实现传输队列的操作：

void USART1_DMAHandler(void){
	//创建一个DMA函数，一旦串口产生中断，则执行该函数，
	//所以该函数要写在USART1_IRQHandler函数当中，一旦上位机发送信号触发，执行USART1_IRQHandler函数，即可执行到该函数
	
	if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1 ,UART_FLAG_IDLE)!=RESET){
		//判断是否发生空闲中断，此时既然能进入该函数，一定已经发生了空闲中断
		
		UART_RX_TypeDef *Data;//再定义一个这个结构体，包含的东西与uart_rx_data_t一致，我们要将uart_rx_data_t中的数据传到Data指针当中再一个一个传输
		
		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清楚空闲中断标志，方便下次判断是否空闲中断
		HAL_UART_DMAStop(&huart1 );//停止DMA传输，关闭DMA
		
		uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl].size = UART_BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
		//从DMA的结构体中找到这个数据长度（单片机接收的数据）；注意这里的__HAL_DMA_GET_COUNTER函数计算的是未发送的数据长度，所以要用总长度UART_BUFFER_SIZE减一下
		//实际上算出来的这个长度，不用管它具体是多少，减完之后肯定大于.size里实际传输的长度
		//uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl].size的意思是uart_rx_data_t这个结构体中的第uart_buff_ctrl个数组中的size项的值
		
		Data = &uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl];
		//第一次传输时，uart_buff_ctrl = 0，传的是结构体中的第一个数组的意思，之后每次接收时uart_buff_ctrl都自加，分别传到不同的结构体数组当中，传到第五个时，uart_buff_ctrl又要重新取0，达到环形
		//将这个Data指针地址发送至队列，让队列存一个地址
		
		xQueueSendFromISR(uart_queueHandle,&Data,NULL);
		
		uart_buff_ctrl++;//自加
		
		uart_buff_ctrl %= UART_BUFFER_QUANTITY; //再取余，让它计到5时重新归零，当然这里也可以直接使用if语句
		
		HAL_UART_Receive_DMA(&huart1 , uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl].buffer,UART_BUFFER_SIZE);//重新开启DMA传输，传输buffer。这个函数在任务当中也要用到		
		
		
		
	}

}

创建一个DMA函数，一旦串口产生中断，则执行该函数，所以该函数要写在USART1_IRQHandler函数当中，一旦上位机发送信号触发，执行USART1_IRQHandler函数，即可执行到该函数；

if语句判断是否发生空闲中断，此时既然能进入该函数，一定已经发生了空闲中断；

UART_RX_TypeDef *Data;再定义一个这个结构体，包含的东西与uart_rx_data_t一致，我们要将uart_rx_data_t中的数据传到Data指针当中再一个一个传输。注意：刚刚结构体是在freertos.c中定义的，不是一个全局结构体，这里我们要在main.c中重新定义，操作与前面一样

清楚空闲中断标志，方便下次判断是否空闲中断；停止DMA传输，关闭DMA；

再定义一个结构体变量，uart_rx_data_t[]；这是一个数组，里面共有UART_BUFFER_QUANTITY位，即5位，与我们的队列长度一致。

uart_rx_data_t 是一个数组，包含 UART_BUFFER_QUANTITY 个 UART_RX_TypeDef 结构体,每个结构体可以独立地存储一组 UART 接收数据

uint8_t uart_buff_ctrl = 0;定义一个 uart_buff_ctrl ，由于我们的结构体有5个，每次传输时只用得到一个，要想区分它们，需要有一个标志，我们用 uart_buff_ctrl作为标志，起始位为0，每传输一次 uart_buff_ctrl加一；

uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl].size结构体中的size大小：

从DMA的结构体中找到这个数据长度（单片机接收的数据）；注意这里的__HAL_DMA_GET_COUNTER函数计算的是未发送的数据长度，所以要用总长度UART_BUFFER_SIZE减一下；实际上算出来的这个长度，不用管它具体是多少，减完之后肯定大于.size里实际传输的长度；uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl].size的意思是uart_rx_data_t这个结构体中的第uart_buff_ctrl个数组中的size项的值

Data = &uart_rx_data_t[uart_buff_ctrl];
第一次传输时，uart_buff_ctrl = 0，传的是结构体中的第一个数组的意思，之后每次接收时uart_buff_ctrl都自加，分别传到不同的结构体数组当中，传到第五个时，uart_buff_ctrl又要重新取0，达到环形；将这个Data指针地址发送至队列，让队列存一个地址

xQueueSendFromISR；将Data发送至队列；uart_buff_ctrl自加再取余，让它计到5时重新归零，当然这里也可以直接使用if语句；

HAL_UART_Receive_DMA（）；最后重启DMA传输；传输buffer。这个函数在任务当中也要用到，用作DMA开始传输的标志；

注意：在main.c中用到了很多其它文件的结构体如下所示，需要进行全局声明一下，否则Keil认不到这些结构体和函数；