代码收藏家 【STM32】RTT Studio中HAL库UART DMA应用深度教程
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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：
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:
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HelloWord9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 Configuration
PD8 ------> USART3_TX
PD9 ------> 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：
（2）数据接收完成的流程：
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，
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
#else
temp = 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
#endif
HAL_UART_DMAStop(&huart3); // 停止DMA传输，防止干扰
#if 1
temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart3_rx); // 获取DMA中未传输的数据个数
#else
temp = hdma_usart3_rx.Instance->NDTR; // 读取NDTR寄存器，获取DMA中未传输的数据个数，
#endif
rx_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 100
extern 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。
作者：0南城逆流0
