【STM32标准库】USART+DMA

heater4042024-07-05 22:51

1.背景简介

没有使用DMA的USART，我们在前面已经讲过了。【STM32】USART串口通讯-CSDN博客。现在在该基础上我们加上DMA功能，仅使用DMA进行发送。

2.DMA_TX源码

c 复制代码 
#ifndef __BSP_USART_H
#define __BSP_USART_H

#ifdef __cplusplus
extern "C"{

#endif

#include "stm32f4xx.h"
#include "stdio.h"

#define LOGGER_USART              USART1
#define LOGGER_USART_BAUDRATE     115200
#define LOGGER_USART_CLK          RCC_APB2Periph_USART1
#define LOGGER_USART_IRQHandler   USART1_IRQHandler
#define LOGGER_USART_IRQ          USART1_IRQn

#define USART1_TX_PIN             GPIO_Pin_9
#define USART1_TX_GPIO_Port       GPIOA
#define USART1_TX_GPIO_CLK        RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define USART1_TX_AF              GPIO_AF_USART1
#define USART1_TX_SOURCE          GPIO_PinSource9

#define USART1_RX_PIN             GPIO_Pin_10
#define USART1_RX_GPIO_Port       GPIOA
#define USART1_RX_GPIO_CLK        RCC_AHB1Periph_GPIOA
#define USART1_RX_AF              GPIO_AF_USART1
#define USART1_RX_SOURCE          GPIO_PinSource10


//usart1_tx只能使用到DMA2_Stream7  Channel_4
#define USART1_TX_DMA_STREAM               DMA2_Stream7
#define USART1_TX_DMA_CHANNEL              DMA_Channel_4
#define USART1_TX_DMA_STREAM_CLK           RCC_AHB1Periph_DMA2
#define USART1_TX_DMA_IT_TCIF              DMA_IT_TCIF7
#define USART1_TX_DMA_IT_HTIF              DMA_IT_HTIF7
#define USART1_TX_DMA_FLAG_TCIF            DMA_FLAG_TCIF7
#define USART1_TX_DMA_FLAG_HTIF            DMA_FLAG_HTIF7
#define USART1_TX_DMA_STREAM_IRQn          DMA2_Stream7_IRQn
#define USART1_TX_DMA_STREAM_IRQHandler    DMA2_Stream7_IRQHandler

#define TX_BUFFER_SIZE                     32
#define USART1_TX_DR_BASE                  (USART1_BASE+0x04)

void Init_USART(void);
void Init_USART_DMA(void);
void USART_DMA_SEND(uint8_t* data,uint32_t size);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif
c 复制代码 
#include "bsp_usart.h"
#include "string.h"

void Init_USART(void)
{
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(USART1_TX_GPIO_CLK|USART1_RX_GPIO_CLK,ENABLE);//使能GPIOA时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(LOGGER_USART_CLK,ENABLE);//使能USART1时钟
	
    //USART1对应引脚复用映射
	GPIO_PinAFConfig(USART1_TX_GPIO_Port, USART1_TX_SOURCE,USART1_TX_AF);//PA9复用为USART1
	GPIO_PinAFConfig(USART1_RX_GPIO_Port, USART1_RX_SOURCE,USART1_RX_AF);//PA10复用为USART1
	
	//USART1端口配置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=USART1_TX_PIN;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//复用功能
	GPIO_InitStruct.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽复用输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Fast_Speed;//速度50MHz
	GPIO_Init(USART1_TX_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);//初始化PA9
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=USART1_RX_PIN;
	GPIO_Init(USART1_RX_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);//初始化PA10
		
	//配置USART参数
	USART_InitTypeDef USART_Init_Struct;
	USART_Init_Struct.USART_BaudRate=LOGGER_USART_BAUDRATE;
	USART_Init_Struct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_Init_Struct.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
	USART_Init_Struct.USART_Parity=USART_Parity_No;
	USART_Init_Struct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
	USART_Init_Struct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
	USART_Init(LOGGER_USART,&USART_Init_Struct);
	
	//配置中断控制器并使能USART接收中断
	NVIC_InitTypeDef NVIC_Init_Struct;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannel=LOGGER_USART_IRQ;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
	NVIC_Init(&NVIC_Init_Struct);
	USART_ITConfig(LOGGER_USART,USART_IT_RXNE,ENABLE);
	
	//使能USART
	USART_Cmd(LOGGER_USART,ENABLE);
	
	//使能USART_DMA
	USART_DMACmd(LOGGER_USART,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);
}

uint8_t USART_TX_BUFFER[TX_BUFFER_SIZE]={0};

void USART_DMA_SEND(uint8_t* data,uint32_t size)
{
	while (DMA_GetCmdStatus(USART1_TX_DMA_STREAM) != DISABLE) {
    }

	memcpy(USART_TX_BUFFER,data,size);
  	
	DMA_Cmd(USART1_TX_DMA_STREAM,DISABLE);
	DMA_SetCurrDataCounter(USART1_TX_DMA_STREAM,size);
	DMA_Cmd(USART1_TX_DMA_STREAM,ENABLE);
}

void Init_USART_DMA(void)
{
	/* 使能DMA时钟 */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(USART1_TX_DMA_STREAM_CLK, ENABLE);
	
	 /* 复位初始化DMA数据流 */
    DMA_DeInit(USART1_TX_DMA_STREAM);

    /* 确保DMA数据流复位完成 */
    while (DMA_GetCmdStatus(USART1_TX_DMA_STREAM) != DISABLE) {
    }
	
	DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=TX_BUFFER_SIZE;//一次DMA事务传输的数据个数
	DMA_InitStructure.DMA_Channel=USART1_TX_DMA_CHANNEL;
	DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_MemoryToPeripheral;
	DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode=DMA_FIFOMode_Disable;
	DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold=DMA_FIFOThreshold_Full;
	DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr= (uint32_t)USART_TX_BUFFER;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst=DMA_MemoryBurst_Single;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_Byte;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;
	DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Normal;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=(uint32_t)USART1_TX_DR_BASE;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst=DMA_PeripheralBurst_Single;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_Byte;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;
	DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_Low;
	DMA_Init(USART1_TX_DMA_STREAM,&DMA_InitStructure);
	
	DMA_ITConfig(USART1_TX_DMA_STREAM,DMA_IT_TC|DMA_IT_HT,ENABLE);
	
	DMA_ClearITPendingBit(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_TCIF);
	
	//配置中断控制器并使能中断
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART1_TX_DMA_STREAM_IRQn;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	
	//这里没有使能DMA，而是在给buffer赋值后再使能
}

void USART1_TX_DMA_STREAM_IRQHandler(void)
{
	if(SET==DMA_GetITStatus(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_HTIF))
	{
		//half transfer complete
		//printf("half transfer\r\n");
		DMA_ClearITPendingBit(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_HTIF);
	}
	else if(SET==DMA_GetITStatus(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_TCIF))
	{
		//transfer complete
		//printf("transfer complete\r\n");
		DMA_ClearITPendingBit(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_TCIF);
	}
}

总结：

  1. 这里我们固定了存储器地址，然后需要串口发送的数据都拷贝到这个地址上。DMA模式也是正常模式，所以发送完了后会自动结束。
  2. 我们可以固定DMA发送长度，如果想每次发送实际的长度，我们可以进行修改，DMA_SetCurrDataCounter。但是需要在设置DMA DISABLE（DMA_Cmd函数）的时候才可以配置。
  3. 在DMA初始化的时候，我们没有使能（DMA_Cmd函数），而是在配置好数据后使能的。
  4. 每一次发送数据的时候，需要确认DMA的状态是否还在发送数据。因为可能上一次还在发送数据时，你再次调用发送函数了。
  5. 外设的地址，我们需要查看源码。串口需要查看其结构体定义，其中Data register就是。或者用这种方式也行#define USART1_TX_DR_BASE (&USART1->DR) //(USART1_BASE+0x04)。
  6. 配置USART的时候，需要配置USART DMA使能（有TX和RX）。

3.DMA_RX源码

先说一下思路，配置DMA_RX的时候应该是收一个固定的长度，因为你没有办法知道发送的长度是多少。USART_DMA_RX的工作原理大概理解为，当有数据到USART->DR的时候，会触发RXNE事件，这个时候DMA会自动将DR的数据搬运到存储器，否则就等待。所以，我们就在USART_IT_RXNE中断中去读取存储器的数据吗？

个人理解是不行的，实际实验结果也是不行的。因为RXNE中断产生的时候，DMA才开始搬运DR到存储器。

那我们应该在DMA_IT_TC中断服务函数中去读存储器的值吧？其实也不行，因为大概率串口接收的数据不会等于USART_DMA_RX设置的长度，所以不会进入该中断。

我们应该在USART_IT_IDLE中断服务函数中去读取存储器的值。

串口的空闲中断：检测到空闲线路的时候会产生中断，那么何为空闲线路？我们发一堆数据过去，连续的两个数据中肯定有时间间隔，很明显在这段时间内并不叫空闲；空闲中断其实也叫帧中断，即****在总线上在一个字节的时间内没有再次接收到数据****，那么此时就会产生中断，即空闲中断。

然后，在串口空闲中断函数中，我们读到存储器数据后，其实USART_DMA_RX的接收事务还未完成，因为它还没有收够足够的长度，如果下次还有数据，那么就是继续往存储器中写入。但是这样就会造成前一次接收的数据还存在，所以，我们得恢复USART_DMA_RX的接收长度为原大小。然后最好得设置为循环模式，这样我们就不用管收满后DMA重启的情况。

c 复制代码 
#include "bsp_usart.h"
#include "string.h"

uint8_t USART_TX_BUFFER[TX_BUFFER_SIZE]={0};
uint8_t USART_RX_BUFFER[RX_BUFFER_SIZE]={0};

void Init_USART(void)
{
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(USART1_TX_GPIO_CLK|USART1_RX_GPIO_CLK,ENABLE);//使能GPIOA时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(LOGGER_USART_CLK,ENABLE);//使能USART1时钟
	
    //USART1对应引脚复用映射
	GPIO_PinAFConfig(USART1_TX_GPIO_Port, USART1_TX_SOURCE,USART1_TX_AF);//PA9复用为USART1
	GPIO_PinAFConfig(USART1_RX_GPIO_Port, USART1_RX_SOURCE,USART1_RX_AF);//PA10复用为USART1
	
	//USART1端口配置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=USART1_TX_PIN;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//复用功能
	GPIO_InitStruct.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推挽复用输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上拉
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed=GPIO_Fast_Speed;//速度50MHz
	GPIO_Init(USART1_TX_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);//初始化PA9
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin=USART1_RX_PIN;
	GPIO_Init(USART1_RX_GPIO_Port,&GPIO_InitStruct);//初始化PA10
		
	//配置USART参数
	USART_InitTypeDef USART_Init_Struct;
	USART_Init_Struct.USART_BaudRate=LOGGER_USART_BAUDRATE;
	USART_Init_Struct.USART_HardwareFlowControl=USART_HardwareFlowControl_None;
	USART_Init_Struct.USART_Mode=USART_Mode_Rx|USART_Mode_Tx;
	USART_Init_Struct.USART_Parity=USART_Parity_No;
	USART_Init_Struct.USART_StopBits=USART_StopBits_1;
	USART_Init_Struct.USART_WordLength=USART_WordLength_8b;
	USART_Init(LOGGER_USART,&USART_Init_Struct);
	
	//配置中断控制器并使能USART接收中断
	NVIC_InitTypeDef NVIC_Init_Struct;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannel=LOGGER_USART_IRQ;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=1;
	NVIC_Init_Struct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
	NVIC_Init(&NVIC_Init_Struct);
	USART_ITConfig(LOGGER_USART,USART_IT_IDLE,ENABLE);
	
	//使能USART
	USART_Cmd(LOGGER_USART,ENABLE);
	
	//使能USART_DMA
	USART_DMACmd(LOGGER_USART,USART_DMAReq_Tx|USART_DMAReq_Rx,ENABLE);
}

void LOGGER_USART_IRQHandler(void)
{
	if(SET==USART_GetITStatus(LOGGER_USART,USART_IT_IDLE))
	{
		//我们配置DMA_RX的长度是32，
		//但是如果收到的实际数据较短，也可以收到，这里也会触发，但是DMA_RX应该还在等待中，没有结束
		//下次如果还有数据来的话，DMA会继续收，还是会存放在RX_BUFFER,但是不是从首地址。知道收到的数据长度为32了，才会结束这一次的DMA_RX事务。
		USART_DMA_SEND(USART_RX_BUFFER,RX_BUFFER_SIZE);
			
		DMA_Cmd(USART1_RX_DMA_STREAM,DISABLE);
	    DMA_SetCurrDataCounter(USART1_RX_DMA_STREAM,RX_BUFFER_SIZE);
	    DMA_Cmd(USART1_RX_DMA_STREAM,ENABLE);
		USART_ReceiveData(LOGGER_USART);//清除USART_IT_IDLE中断标志位
	}
}

//重定向c库函数printf到串口，重定向后可使用printf函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{
    /* 发送一个字节数据到串口 */
    USART_SendData(LOGGER_USART, (uint8_t) ch);

    /* 等待发送完毕 */
    while (USART_GetFlagStatus(LOGGER_USART, USART_FLAG_TXE) == RESET);

    return (ch);
}


void USART_DMA_SEND(uint8_t* data,uint32_t size)
{
	while (DMA_GetCmdStatus(USART1_TX_DMA_STREAM) != DISABLE) {
    }

	memcpy(USART_TX_BUFFER,data,size);
  	
	DMA_Cmd(USART1_TX_DMA_STREAM,DISABLE);
	DMA_SetCurrDataCounter(USART1_TX_DMA_STREAM,size);
	DMA_Cmd(USART1_TX_DMA_STREAM,ENABLE);
}

void Init_USART_DMA(void)
{
	/* 使能DMA时钟 */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(USART1_TX_DMA_STREAM_CLK, ENABLE);
	RCC_AHB1PeriphClockCmd(USART1_RX_DMA_STREAM_CLK, ENABLE);
	
	 /* 复位初始化DMA数据流 */
    DMA_DeInit(USART1_TX_DMA_STREAM);

    /* 确保DMA数据流复位完成 */
    while (DMA_GetCmdStatus(USART1_TX_DMA_STREAM) != DISABLE) {
    }
	
	DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
	DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=TX_BUFFER_SIZE;//一次DMA事务传输的数据个数
	DMA_InitStructure.DMA_Channel=USART1_TX_DMA_CHANNEL;
	DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_MemoryToPeripheral;
	DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode=DMA_FIFOMode_Disable;
	DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold=DMA_FIFOThreshold_Full;
	DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr= (uint32_t)USART_TX_BUFFER;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst=DMA_MemoryBurst_Single;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_Byte;
	DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;
	DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Normal;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=(uint32_t)USART1_TX_DR_BASE;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst=DMA_PeripheralBurst_Single;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_Byte;
	DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;
	DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_Low;
	DMA_Init(USART1_TX_DMA_STREAM,&DMA_InitStructure);
	
	DMA_ITConfig(USART1_TX_DMA_STREAM,DMA_IT_TC|DMA_IT_HT,ENABLE);
	
	DMA_ClearITPendingBit(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_TCIF);
	
	//配置中断控制器并使能中断
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStruct;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART1_TX_DMA_STREAM_IRQn;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
	NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStruct);
	//这里没有使能DMA，而是在给buffer赋值后再使能
	
	
	 /* 复位初始化DMA数据流 */
    DMA_DeInit(USART1_RX_DMA_STREAM);

    /* 确保DMA数据流复位完成 */
    while (DMA_GetCmdStatus(USART1_RX_DMA_STREAM) != DISABLE) {
    }
	DMA_InitTypeDef  RX_DMA_InitStructure;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_BufferSize=RX_BUFFER_SIZE;//一次DMA事务传输的数据个数
	RX_DMA_InitStructure.DMA_Channel=USART1_RX_DMA_CHANNEL;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_DIR=DMA_DIR_PeripheralToMemory;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode=DMA_FIFOMode_Disable;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold=DMA_FIFOThreshold_Full;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr= (uint32_t)USART_RX_BUFFER;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst=DMA_MemoryBurst_Single;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize=DMA_MemoryDataSize_Byte;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc=DMA_MemoryInc_Enable;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_Mode=DMA_Mode_Circular;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr=(uint32_t)USART1_RX_DR_BASE;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst=DMA_PeripheralBurst_Single;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize=DMA_PeripheralDataSize_Byte;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc=DMA_PeripheralInc_Disable;
	RX_DMA_InitStructure.DMA_Priority=DMA_Priority_Low;
	DMA_Init(USART1_RX_DMA_STREAM,&RX_DMA_InitStructure);
	
//	DMA_ITConfig(USART1_RX_DMA_STREAM,DMA_IT_TC|DMA_IT_HT,ENABLE);
	
	DMA_ClearITPendingBit(USART1_RX_DMA_STREAM,USART1_RX_DMA_IT_TCIF);
	
	//配置中断控制器并使能中断
	NVIC_InitTypeDef RX_NVIC_InitStruct;
	RX_NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannel=USART1_RX_DMA_STREAM_IRQn;
	RX_NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelCmd=ENABLE;
	RX_NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=2;
	RX_NVIC_InitStruct.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
	NVIC_Init(&RX_NVIC_InitStruct);
	DMA_Cmd(USART1_RX_DMA_STREAM,ENABLE);
}

void USART1_TX_DMA_STREAM_IRQHandler(void)
{
	if(SET==DMA_GetITStatus(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_HTIF))
	{
		//half transfer complete
		//printf("half transfer\r\n");
		DMA_ClearITPendingBit(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_HTIF);
	}
	else if(SET==DMA_GetITStatus(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_TCIF))
	{
		//transfer complete
		//printf("transfer complete\r\n");
		DMA_ClearITPendingBit(USART1_TX_DMA_STREAM,USART1_TX_DMA_IT_TCIF);
	}
}

还有一点：

  1. 关于清除USART_IT_IDLE中断标志，可以看源码注释，不能使用常规的函数clear。
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