HAL库 串口空闲中断+DMA接收不定长数据 详解及踩坑

原创 已于 2024-07-24 14:16:44 修改 · 4.4w 阅读 · 775 ·
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#单片机 #嵌入式硬件 #stm32

于 2023-02-15 11:02:52 首次发布

文章已更新，请移步新文章【STM32 HAL库实战】串口DMA + 空闲中断 实现不定长数据接收

文章目录

前言

本文需要用到HAL库的HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数，如果编辑器提示找不到函数，可以尝试更新HAL库至最新版本。

串口接收不定长数据是串口的常见应用。最近的项目需要用到modbus协议，由于不经常使用HAL库，配置串口接收时遇到了一些问题。在此记录一下，希望能帮助到一些人。

一、串口及DMA基础配置

串口的接收常见的方法有一下两种：
方法一:
传统方法。具体参考：STM32 HAL CubeMX 串口IDLE接收空闲中断+DMA_Z小旋的博客
方法二:
利用HAL库的 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数,代码简洁。
本文采用的是方法二。
打开STM32CubeMX，开始配置程序。

注意要打开串口的全局中断
在这里插入图片描述

打开串口接收DMA，模式选择Normal。

在这里插入图片描述

点击侧边栏的NVIC选项
取消选中 Force DMA channels Interrupts，否则DMA不可自定义DMA中断优先级。

我这里配置成14，防止抢占其他更重要的中断。如果没有这个需要保持默认的0即可。

在这里插入图片描述
后续只需正确配置时钟树，然后即可生成代码。

二、HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数功能

函数中会把接收类型设置成HAL_UART_RECEPTION_TOIDLE,然后开启DMA接收,清除一次IDLEF标志位,重新开启IDLEF标志位
在这里插入图片描述

开启标志位后，如果串口中断来临就会执行中断处理函数void USART1_IRQHandler(void)

void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
	HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);	//重新开启串口空闲中断和DMA接收,一定要放在这里
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

HAL_UART_IRQHandler(&huart1)中会判断各种中断类型，并执行对应的操作

主要关注其中关于IDLE中断的部分
首先判断串口的接收类型 ReceptionType,在HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()中已经被设为HAL_UART_RECEPTION_TOIDLE
在这里插入图片描述

清除相关中断的标志位(标志位具体功能对照参考手册查看)

在这里插入图片描述
最后调用事件回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback();

在这里插入图片描述

这个函数默认被定义成__weak 需要我们重新实现

__weak void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size);

三、使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数

1. 重新实现回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback

这里为了方便演示在main.c中重新实现

uint8_t rx_buffer[BUF_SIZE];  // 创建接收缓存,大小为BUF_SIZE

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        cnt = BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, cnt, 0xffff);	//将接受到的数据再发回上位机
        memset(rx_buffer, 0, cnt);
    }
}

2.调用接收函数

在main函数中,while循环前加入函数 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);否则无法完成第一次接收。
测试结果如下:
单片机发回了相同的数据。
在这里插入图片描述

四、踩坑

大部分文章中,习惯把HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE); //重新开启串口空闲中断和DMA接收
放在重新实现的函数void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)中,
而不是本文中放在void USART1_IRQHandler(void)中的方式。
也就是
本文：

void USART1_IRQHandler(void)
{
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
    /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, BUF_SIZE);	//本文中选择放置在此处
    /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

区别于：

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        cnt = BUF_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, cnt, 0xffff);
        memset(rx_buffer, 0, cnt);
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);	//其他大部分文章放置于此处
    }
}

放置在回调函数HAL_UARTEx_RxEventCallback中似乎也说的通:产生串口空闲中断时,会调用回调函数,并在其中重新开启串口空闲中断和DMA,等待下一次串口空闲中断来临。但是这样做会不会有bug？
实际测试一下:
首先，串口初始化时波特率配置成 9600bps

串口初始化

测试流程

第一次发送：波特率正确 9600bps 发送消息后收到正确的回复

在这里插入图片描述

第二次发送： 波特率错误 115200bps 发送消息后收不到回复

在这里插入图片描述

第三次发送 波特率改回正确的9600bps 发送后依然收不到回复

在这里插入图片描述

以上就是模拟波特率不小心设置错误的情况，居然产生了严重的问题，即使改回正确的波特率依然无法收到回复。
说明这种做法存在一定的风险。
经过大量的排查，最后确定问题就出在函数 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE)放置的位置。

波特率正确的正常情况下
USART的CR1寄存器中,IDLEIE位打开,ISR寄存器中IDLE位关闭

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

同时对应DMA通道寄存器的情况如下

在这里插入图片描述

目前收发正常

在这里插入图片描述

也能正常进入回调函数

在这里插入图片描述

接着改成错误的波特率，收不到回复

在这里插入图片描述

并且仿真未在回调函数中的断点处停下，说明不再进入回调函数

在这里插入图片描述

查看DMA寄存器，发现DMA没有正确打开(与之前的截图对比)

在这里插入图片描述

查看USART寄存器发现也未正确开启

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

原因

串口波特率错误时,不再进入回调函数。一轮接收结束时，串口空闲中断与DMA均被关闭，而两者的重启在回调函数中通过
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);开启。这就导致波特率错误时，无法接收后续的新数据。

总结

HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,rx_buffer,BUF_SIZE);必须放在void USART1_IRQHandler(void)中。
这样即使接收错误，也能重新开启串口空闲中断和DMA，不影响下次接收。

交流探讨

有问题可以在QQ交流群里找我，源代码也放在群文件里。

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CubeMX生成的代码 ... } // 手动开启空闲中断 __HAL_UART_ENABLE_IT(&huartx, UART_IT_IDLE); // 使能空闲中断，huartx 是您的UART句柄 HAL_UART_Receive_DMA(&huartx, rx_buffer, BUFFER_SIZE); // 如果需要DMA，启动DMA接收 ``` 此处： - `huartx` 是CubeMX生成的UART句柄（如 `huart1`）。 - `rx_buffer` 是自定义接收缓冲区数组（如 `uint8_t rx_buffer[100]`）。 - `BUFFER_SIZE` 是缓冲区大小（参考[^4][^5]）。 2. **添加中断回调函数** - 在 `stm32xx_it.c` 文件中，找到UART中断服务函数（如 `USARTx_IRQHandler()`）。 - 修改它以处理空闲中断： ```c void USARTx_IRQHandler(void) { HAL_UART_IRQHandler(&huartx); // 调用HAL库默认处理 // 检查空闲中断标志 if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huartx, UART_FLAG_IDLE) != RESET) { __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huartx); // 清除空闲中断标志 // 处理接收完成的数据 HAL_UART_DMAStop(&huartx); // 停止DMA（如果使用） uint16_t data_length = BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(huartx.hdmarx); // 计算接收数据长度 // 调用自定义处理函数，例如 process_data(rx_buffer, data_length); } } ``` 说明： - 空闲中断触发后，需手动清除标志位。 - 使用 `__HAL_DMA_GET_COUNTER` 获取剩余字节数，计算实际接收长度（参考[^1][^4]）。 - 添加自定义函数（如 `process_data`）处理接收到的数据帧。 3. **示例：完整接收流程** - 在 `main.c` 中添加接收缓冲区和处理函数： ```c uint8_t rx_buffer[100]; // 定义缓冲区 void process_data(uint8_t *data, uint16_t length) { // 处理收到的数据，如串口回显或解析 HAL_UART_Transmit(&huartx, data, length, 100); // 示例：回传数据 HAL_UART_Receive_DMA(&huartx, rx_buffer, 100); // 重新启动DMA接收 } // 在main()中初始化后启动接收 int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_USARTx_UART_Init(); HAL_UART_Receive_DMA(&huartx, rx_buffer, 100); // 初始化DMA接收 while (1) { // 主循环 } } ``` **注意事项**： - **可靠性**：空闲中断在通信可靠时高效，但如果数据帧错误（如噪声干扰），可能导致误判（参考[^4]）。 - **性能提示**：对小数据帧，空闲中断即可；对大数据量，务必启用DMA以避免CPU瓶颈（参考[^3][^5]）。 - **Debug**：编译下载后，使用串口调试助手测试：发送不定长数据，观察是否在空闲时触发中断。 通过以上步骤，您能高效实现STM32的串口空闲中断接收。配置成功率较高，但需确保硬件连接正确（如UART引脚）[^1][^5]。 --- ### 相关问题 1. 如何处理串口空闲中断中的数据帧解析错误？[^4] 2. 如何在CubeMX中配置多串口空闲中断（例如USART1和USART2同时使用）？（参考[^2]) 3. 空闲中断与DMA结合时，如何优化内存使用以防止缓冲区溢出？（参考[^1][^5]) [^1]: STM32HAL库CubeMx——UART DMA串口空闲中断的使用 [^2]: 串口是常用的设备与设备之间发送和接受信息的工具... [^3]: 用CubeMX生成F103芯片-串口+空闲中断、串口+DMA+空闲中断... [^4]: STM32CubeMX—串口空闲中断+DMA接收... [^5]: CubeMx配置生成代码系列（一）串口+空闲中断+DMA接收数据
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