基于 RT-Thread 的 RoboMaster 电控框架（五）

基于 RT-Thread 的 RoboMaster 电控框架（五）

由于 RT-Thread 稳定高效的内核，丰富的文档教程，积极活跃的社区氛围，以及设备驱动框架、Kconfig、Scons、日志系统、海量的软件包…很难不选择 RT-Thread 进行项目开发。但也正是因为这些优点的覆盖面较广，很多初学者会觉得无从下手，但只要步入 RT-Thread 的大门，你就发现她的美好。这系列文档将作为本人基于 RT-Thread 开发 RoboMaster 电控框架的记录与分享，希望能帮助到更多初识 RT-Thread 的小伙伴，也欢迎大家交流分享，指正不足，共同进步。

背景

使用的开发板为大疆的 RoboMaster-C 型开发板，基础工程为 rt-thread>bsp>stm32f407-robomaster-c

遥控器模块开发

在 C 板上是提供了针对大疆遥控器的 DBUS 接口，但本片文章是基于 SBUS 进行遥控。

• DBUS：100k波特率，8位数据位，1位停止位，偶校验（EVEN)，无控流，18个字节；
• SBUS：100k波特率，8位数据位，2位停止位，偶校验（EVEN)，无控流，25个字节。

SBUS 和 DBUS 主要区别就是停止位不同，两者都需要硬件取反电路，因此 SBUS 的接收机也是可以直接插在 C 板提供的 DBUS 接口上进行使用的，只需要在软件层面修改数据解析处理即可。

串口DMA双缓冲

这里使用的是空闲中断 + DMA双缓冲的方案，改方案能够极大限度的提高处理高速数据的效率和稳定性。但STM32不是所有芯片都支持DMA双缓冲，虽然也可以通过DMA半满中断实现双缓冲的效果，但是这样程序的兼容性是较差的；因此针对遥控器接收机的串口，选择不使用 RT-Thread 的串口驱动框架，也不是对其驱动框架进行改动。而是使用 HAL 库实现，但不会影响其他串口使用 RT-Thread 的串口驱动框架。

代码实现

首先是串口和 DMA 的初始化：

    /* DMA controller clock enable */
    __HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
    /* DMA1_Stream1_IRQn interrupt configuration */
    HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream1_IRQn, 0, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream1_IRQn);

    huart3.Instance = USART3;
    huart3.Init.BaudRate = 100000;
    huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B;
    huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_2;
    huart3.Init.Parity = UART_PARITY_EVEN;
    huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart3);

以及 DMA 双缓冲功能的配置：

/**
 * @brief 串口 DMA 双缓冲初始化
 * @param rx1_buf 缓冲区1
 * @param rx2_buf 缓冲区2
 * @param dma_buf_num DMA缓冲区大小
 */
static void rc_doub_dma_init(uint8_t *rx1_buf, uint8_t *rx2_buf, uint16_t dma_buf_num)
{
    //使能DMA串口接收
    SET_BIT(huart3.Instance->CR3, USART_CR3_DMAR);

    //使能空闲中断
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3, UART_IT_IDLE);

    //失效DMA
    __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);
    while(hdma_usart3_rx.Instance->CR & DMA_SxCR_EN)
    {
        __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);
    }

    hdma_usart3_rx.Instance->PAR = (uint32_t) & (USART3->DR);
    //内存缓冲区1
    hdma_usart3_rx.Instance->M0AR = (uint32_t)(rx1_buf);
    //内存缓冲区2
    hdma_usart3_rx.Instance->M1AR = (uint32_t)(rx2_buf);
    //数据长度
    hdma_usart3_rx.Instance->NDTR = dma_buf_num;
    //使能双缓冲区
    SET_BIT(hdma_usart3_rx.Instance->CR, DMA_SxCR_DBM);

    //使能DMA
    __HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart3_rx);
}

以及 CubeMX 的一些基本配置，这里就不细说了，设置完这些，串口空闲中断 + DMA双缓冲就开起来了，接下来就是要到串口中断处理函数里进行 DMA 双缓冲的接收和数据的解析处理了：

void USART3_IRQHandler(void)
{
    if(huart3.Instance->SR & UART_FLAG_RXNE)
    {
        __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(&huart3);
    }
    else if(USART3->SR & UART_FLAG_IDLE)
    {
        static uint16_t this_time_rx_len = 0;

        __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(&huart3);

        if ((hdma_usart3_rx.Instance->CR & DMA_SxCR_CT) == RESET)
        {
            /* Current memory buffer used is Memory 0 */
            //失效DMA
            __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);

            //get receive data length, length = set_data_length - remain_length
            //获取接收数据长度,长度 = 设定长度 - 剩余长度
            this_time_rx_len = SBUS_RX_BUF_NUM - hdma_usart3_rx.Instance->NDTR;

            //重新设定数据长度
            hdma_usart3_rx.Instance->NDTR = SBUS_RX_BUF_NUM;

            //设定缓冲区1
            hdma_usart3_rx.Instance->CR |= DMA_SxCR_CT;

            //使能DMA
            __HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart3_rx);

            if(this_time_rx_len == SBUS_FRAME_SIZE)
            {
                //处理遥控器数据
                sbus_rc_decode(sbus_rx_buf[0]);
                rt_timer_start(rc_timer);
            }
        }
        else
        {
            /* Current memory buffer used is Memory 1 */
            //失效DMA
            __HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);

            //get receive data length, length = set_data_length - remain_length
            //获取接收数据长度,长度 = 设定长度 - 剩余长度
            this_time_rx_len = SBUS_RX_BUF_NUM - hdma_usart3_rx.Instance->NDTR;

            //重新设定数据长度
            hdma_usart3_rx.Instance->NDTR = SBUS_RX_BUF_NUM;

            //设定缓冲区0
            DMA1_Stream1->CR &= ~(DMA_SxCR_CT);

            //使能DMA
            __HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart3_rx);

            if(this_time_rx_len == SBUS_FRAME_SIZE)
            {
                //处理遥控器数据
                sbus_rc_decode(sbus_rx_buf[1]);
                rt_timer_start(rc_timer);
            }
        }
    }
}

到这一步，已经可以顺利的接收并解析处理 SBUS 遥控数据了。通过空闲中断我们可以确保完整的接收数据帧，而且使用 DMA 双缓冲以后，相较于普通的 DMA 接收处理高速数据更加高效快速，在处理一个缓冲区的数据之前，先将 DMA 切换到另外一个缓冲区，这样在处理数据的时候就不会影响到 DMA 数据的接收，而且针对遥控器这种实时要求高且解析简单的数据，就可以在中断处理函数中 DMA 缓冲区切换后直接进行解析处理。STM32F4 系列是支持 DMA 双缓冲功能的，但是对于其他一些不支持双缓冲的芯片，也想要使用 pingpong 缓冲的话，就可以通过 DMA 半满中断实现。

抽象设备

这里将遥控器数据就简单的抽象为遥控器设备：

typedef struct
{
    int16_t ch1;   //右侧左右
    int16_t ch2;   //右侧上下
    int16_t ch3;   //左侧上下
    int16_t ch4;   //左侧左右
    int16_t ch5;   //左侧非线性旋钮
    int16_t ch6;   //右侧非线性旋钮
    uint8_t sw1;   //右侧长拨杆
    uint8_t sw2;   //左侧长拨杆
    uint8_t sw3;   //右侧短拨杆
    uint8_t sw4;   //左侧短拨杆
} rc_obj_t;

接收到数据存储在 rc_sbus.c 的 rc_data[2] 中：

rc_obj_t rc_data[2];   // [0]:当前数据NOW,[1]:上一次的数据LAST

通过调用 sbus_rc_init() 即可获得遥控器数据的地址，使用示例如下：

rc_obj_t rc_data[2];   // [0]:当前数据NOW,[1]:上一次的数据LAST
rc_data = sbus_rc_init();