【7】串口编程三种模式（查询/中断/DMA）韦东山老师学习笔记（课程听不懂的话试着来看看我的学习笔记吧）

嵌入式×边缘AI：打怪升级日志2025-07-31 22:01

<1>前置概念补充

在深入拆解三种模式前，先通过提供的 "函数对比表" 建立整体认知：这张表是串口收发的「武器库索引」，清晰标注了查询、中断、DMA 三种模式下，收发 / 回调函数的对应关系。后续会结合实际代码，讲透每个函数怎么用、何时触发，先记住这张表的核心关联👇

功能 查询模式 中断模式 DMA 模式
发送 HAL_UART_Transmit HAL_UART_Transmit_IT HAL_UART_TxCpltCallback HAL_UART_Transmit_DMA HAL_UART_TxHalfCpltCallback HAL_UART_TxCpltCallback
接收 HAL_UART_Receive HAL_UART_Receive_IT HAL_UART_RxCpltCallback HAL_UART_Receive_DMA HAL_UART_RxHalfCpltCallback HAL_UART_RxCpltCallback
错误处理 - HAL_UART_ErrorCallback HAL_UART_ErrorCallback

简单说：

  • 查询模式：用「阻塞函数」收发，CPU 全程等待
  • 中断模式：用「启动函数 + 完成回调」，收发完自动通知 CPU
  • DMA 模式：用「DMA 启动函数 + 半完成 / 完成回调」，数据自动传输，CPU 完全解放

查询模式的简单，是靠「牺牲 CPU 效率」实现的。对比另外两种模式的函数逻辑，差异一目了然：

模式 收发逻辑 CPU 参与度 典型函数
查询 函数阻塞，CPU 全程等待收发完成 100% 占用 HAL_UART_Transmit/Receive
中断 启动后立即返回，收发完成回调通知 仅中断触发时参与 HAL_UART_Transmit_IT + 回调
DMA 数据自动传输，CPU 无需参与 0 参与（纯硬件搬运） HAL_UART_Transmit_DMA + 回调

一、STM32 串口通信_查询方式

（1）开篇引言

这篇教程专为 0 基础嵌入式初学者 打造，用最通俗的语言拆解 STM32 串口通信核心函数 HAL_UART_Transmit 的用法，从硬件接线、工具使用到代码逻辑，一步步带大家实现 "STM32 发数据，电脑串口助手收数据"。后续还会扩展中断、DMA 等高级用法。

（2）硬件连接：串口接线逻辑（核心！接错没数据）

1. 接线原理

串口通信遵循 "发送端连接收端，接收端连发送端" 的规则，简单说：

  • STM32 开发板的 TX 引脚 （如 DshanMCU-F103 底板的 PA9），要连接 USB 串口模块的 RX 引脚
  • STM32 开发板的 RX 引脚 （如 DshanMCU-F103 底板的 PA10），要连接 USB 串口模块的 TX 引脚
  • 两者的 GND 引脚 必须相连（保证电平参考一致）

同时，ST-Link 要保持连接，负责给开发板供电、烧录程序和调试

2. 实物接线参考（搭配你的硬件图）

下图清晰展示了 DshanMCU-F103 底板与 USB 串口模块的接线方式：

(3)驱动安装：让电脑识别串口

如果你用的是 CH340 串口模块 ，需安装 CH340 驱动（对应你提供的 8_CH340_CH341驱动程序 文件夹），步骤如下：

  1. 解压 8_CH340_CH341驱动程序，找到并运行 CH341SER.EXE，按提示完成安装。
  2. 插入 USB 串口模块，打开 设备管理器 ，查看 "端口（COM 和 LPT）" 列表。若出现类似 USB-SERIAL CH340 (COMxx)（如 COM38），说明驱动安装成功。

(4)串口助手：收发数据的 "窗口"

我们用 sscom5.13.1收发数据，操作步骤：

  1. 解压运行 sscom5.13.1.exe，在 "通讯端口" 选择识别到的串口（如 COM38 ）。
  2. 设置 波特率为 115200（必须与代码配置一致！），数据位 8、停止位 1、无校验。
  3. 点击 "打开串口"，即可开始收发数据。

(5)代码解析：HAL_UART_Transmit 怎么用？

以下是核心代码逻辑：

复制代码 
#include "main.h"
#include "usart.h"  // 串口相关头文件
#include "gpio.h"   // GPIO 相关头文件

/* 全局变量定义（根据需求使用，此处保留核心逻辑） */
extern UART_HandleTypeDef huart1;  
char c;  // 存储串口接收的字符

/**
  * @brief  主函数：程序入口
  * @retval int 返回值（一般无实际意义）
  */
int main(void)
{
    // 1. 初始化 HAL 库、系统时钟、串口、GPIO 等（CubeMX 自动生成，无需深究）
    HAL_Init();           
    SystemClock_Config(); 
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_GPIO_Init();       

    // 2. 主循环：不断收发数据
    while (1)
    {
        // ① 发送提示信息："Please enter a char: \r\n"
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "Please enter a char: \r\n", 20, 1000);  

        // ② 接收数据：循环尝试接收 1 个字节，直到成功（超时时间 100ms ）
        while(HAL_OK != HAL_UART_Receive(&huart1, &c, 1, 100));  

        // ③ 处理数据：收到的字符 +1（如输入 'a' 变成 'b' ）
        c = c + 1;  

        // ④ 发送处理后的数据：把 +1 后的字符发回电脑
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &c, 1, 1000);  

        // ⑤ 发送换行符：让串口助手显示更整洁
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "\r\n", 2, 1000);  
    }
}

关键函数：HAL_UART_Transmit 解析

复制代码 
HAL_UART_Transmit(&huart1, &c, 1, 1000);
  • &huart1：串口句柄，指定用 USART1 发数据（由 CubeMX 配置生成，直接用即可 ）。
  • &c ：要发送的数据地址。发送单个字符用 &c，发送字符串则用字符串数组名（如 str ）。
  • 1 ：发送数据的长度。发送 1 个字符填 1，发送字符串填 strlen(str)（自动计算长度 ）。
  • 1000：超时时间（毫秒）。如果 1 秒内没发出去，函数返回错误。

(6)效果验证：收发数据测试

1. 正常情况：输入 1 输出 2

  • 操作：串口助手收到提示 Please enter a char: 后，输入 1 并发送。
  • 预期：开发板回发 2（因为代码里 c = c + 1 ）。

2. 异常情况：输入 123 无正确响应

  • 问题：代码里是 单字节接收 （HAL_UART_Receive(&huart1, &c, 1, 100) ），一次只能收 1 个字符。若输入 123，实际会分 3 次接收（1、2、3 ），但代码逻辑未处理多字节连续输入，导致 "输入 123 看似没反应"。
  • 解决思路（后续优化方向 ）：
    • 用 数组 + 长度判断 接收多字节数据。
    • 结合 中断 / DMA 实现 "数据自动缓存，无需 CPU 一直等待"。

(7)常见问题排查

1. 串口助手收不到数据？

  • 检查 接线：TX/RX 是否交叉连接，GND 是否共地。
  • 检查 波特率 ：代码和串口助手的波特率是否均为 115200。
  • 检查 驱动：设备管理器是否识别到串口，驱动是否安装成功。

2. 发送字符串怎么改？

若要发送字符串（如 Hello ），可修改代码：

复制代码 
char str[] = "Hello";  // 定义字符串数组
// 发送字符串：长度用 strlen(str) 自动计算
HAL_UART_Transmit(&huart1, str, strlen(str), 1000);

(8)后续优化预告（进阶方向）

当前代码用的是 查询方式（发数据要等待、收数据要循环询问 ），缺点是 "CPU 一直忙等，无法做其他事"。后续会扩展：

  1. 中断方式：数据到来自动触发，CPU 可并行处理其他任务（适合实时性高的场景 ）。
  2. DMA 方式：数据直接在内存和外设间传输，完全无需 CPU 参与（适合大数据量场景 ）。

二、不实用的官方中断模式

STM32 串口中断深度解析：从硬件原理到代码实战（以 HAL 库为例）

<2>中断模式完整函数链

中断模式的收发，是「启动函数 → 中断触发 → 回调函数」的完整链条，用表格串联更清晰：

阶段 发送流程（中断） 接收流程（中断）
启动 HAL_UART_Transmit_IT 启动发送 HAL_UART_Receive_IT 启动接收
中断触发 发完 1 字节 → TXE 中断；发完所有字节 → TC 中断 收到 1 字节 → RXNE 中断；收完所有字节 → 接收完成中断
回调通知 发完所有字节 → HAL_UART_TxCpltCallback 收完所有字节 → HAL_UART_RxCpltCallback
错误处理 统一走 HAL_UART_ErrorCallback 统一走 HAL_UART_ErrorCallback

（1）开篇：为什么需要串口中断？

在之前的查询方式串口通信中，CPU 需要不断 "询问" 串口是否有数据，就像一个人不停地问 "你有数据吗？有数据吗？"，这会让 CPU 无法去做其他更有意义的事情。而串口中断就像给串口装了一个 "门铃"，当有数据到来或者数据发送完成时，串口主动 "按门铃" 通知 CPU，这样 CPU 就可以在等待串口的空闲时间去处理其他任务，大大提高了系统效率。

（2）串口中断的硬件基础

（一）STM32 串口中断相关寄存器

  1. 状态寄存器（USART_SR）
    • TXE（Transmit Data Register Empty）位：当发送数据寄存器为空时，该位被置 1。这意味着可以往发送数据寄存器中写入新的数据了。在中断模式下，我们可以使能 TXE 中断，当 TXE 位置 1 时触发中断，去发送下一个数据。
    • TC（Transmission Complete）位：当一帧数据发送完成时，该位被置 1。可以利用 TC 中断来判断一次发送是否完全结束。
    • RXNE（Read Data Register Not Empty）位：当接收数据寄存器中有数据时，该位被置 1，可使能 RXNE 中断来触发接收操作。
  2. 控制寄存器（USART_CR1）
    • TXEIE 位：用于使能 TXE 中断。当该位被置 1，且 TXE 位置 1 时，会触发串口发送中断。
    • TCIE 位：用于使能 TC 中断。当该位被置 1，且 TC 位置 1 时，会触发串口发送完成中断。
    • RXNEIE 位：用于使能 RXNE 中断。当该位被置 1，且 RXNE 位置 1 时，会触发串口接收中断。

（二）串口中断的硬件触发流程

USART1 等外设可以通过 DMA 请求与系统进行数据交互，同时也可以通过中断的方式。当使能了串口的某个中断（如 TXE 中断）后：

  1. 当发送数据寄存器为空（TXE=1）且 TXEIE=1 时，硬件会触发中断请求，这个请求会通过总线矩阵等到达 CPU 的中断控制器。
  2. CPU 响应中断后，会跳转到对应的中断处理函数（如 USART1_IRQHandler）去执行相应的操作。
  3. 对于接收来说，当接收数据寄存器非空（RXNE=1）且 RXNEIE=1 时，同样会触发中断请求，进入接收中断处理流程。

(3)HAL 库串口中断函数解析

（一）中断处理函数入口：USART1_IRQHandler

cs 复制代码 
void USART1_IRQHandler(void)
{
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}

这是串口 1 的中断处理函数入口，当串口 1 触发中断时，CPU 会首先跳转到这里。然后调用HAL_UART_IRQHandler(&huart1)函数，这个函数是 HAL 库中处理串口中断的核心函数，它会去检查中断源（是 TXE 中断、TC 中断还是 RXNE 中断等），并调用相应的处理逻辑。

（二）HAL_UART_IRQHandler 函数关键逻辑

复制代码 
/* UART in mode Transmitter */
if ((((isrflags & USART_SR_TXE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TXEIE) != RESET)))
{
  UART_Transmit_IT(huart);
  return;
}
/* UART in mode Transmitter end */
if ((((isrflags & USART_SR_TC) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TCIE) != RESET)))
{
  UART_EndTransmit_IT(huart);
  return;
}
  1. TXE 中断处理 ：当检测到状态寄存器中的 TXE 位为 1（发送数据寄存器为空），并且控制寄存器中的 TXEIE 位为 1（使能了 TXE 中断）时，会调用UART_Transmit_IT(huart)函数，这个函数会去处理发送过程中的数据填充等操作，继续发送下一个数据。
  2. TC 中断处理 ：当检测到 TC 位为 1（发送完成），并且 TCIE 位为 1（使能了 TC 中断）时，会调用UART_EndTransmit_IT(huart)函数，用于处理发送完成后的一些收尾工作，比如标记发送完成状态等。

（三）HAL_UART_Transmit_IT 函数

复制代码 
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
  /* Check that a Tx process is not already ongoing */
  if (huart->gState == HAL_UART_STATE_READY)
  {
    if ((pData == NULL) || (Size == 0U))
    {
      return HAL_ERROR;
    }

    huart->pTxBuffPtr = pData;
    huart->TxXferSize = Size;
    huart->TxXferCount = Size;

    huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
    huart->gState = HAL_UART_STATE_BUSY_TX;

    /* Enable the UART Transmit data register empty Interrupt */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_TXE);

    return HAL_OK;
  }
  else
  {
    return HAL_BUSY;
  }
}
  1. 函数作用 ：这个函数用于以中断模式启动串口发送。首先检查串口当前状态是否为HAL_UART_STATE_READY，如果是，就对串口句柄中的发送缓冲区指针、发送数据大小、发送计数器等进行初始化，然后将串口的状态设置为HAL_UART_STATE_BUSY_TX表示正在发送，最后使能 TXE 中断（通过__HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_TXE)），这样当发送数据寄存器为空时就会触发中断，进入发送中断处理流程。
  2. 参数解析 ：huart是串口句柄，pData是要发送的数据缓冲区指针，Size是要发送的数据长度。

（四）UART_Transmit_IT 函数

复制代码 
static HAL_StatusTypeDef UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  const uint16_t *tmp;

  /* Check that a Tx process is ongoing */
  if (huart->gState == HAL_UART_STATE_BUSY_TX)
  {
    if ((huart->Init.WordLength == UART_WORDLENGTH_9B) && (huart->Init.Parity == UART_PARITY_NONE))
    {
      tmp = (const uint16_t *)huart->pTxBuffPtr;
      huart->Instance->DR = (uint16_t)(*tmp & (uint16_t)0x01FF);
      huart->pTxBuffPtr += 2U;
    }
    else
    {
      huart->Instance->DR = (uint8_t)(*huart->pTxBuffPtr++ & (uint8_t)0x00FF);
    }

    if (--huart->TxXferCount == 0U)
    {
      /* Disable the UART Transmit Data Register Empty Interrupt */
      __HAL_UART_DISABLE_IT(huart, UART_IT_TXE);
      /* Enable the UART Transmit Complete Interrupt */
      __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_TC);
    }

    return HAL_OK;
  }
  else
  {
    return HAL_BUSY;
  }
}
  1. 数据发送处理 ：当进入这个函数时，首先检查串口是否处于HAL_UART_STATE_BUSY_TX状态（即正在发送过程中）。然后根据串口配置的字长和校验位情况，从发送缓冲区中取出数据写入到串口的数据寄存器（huart->Instance->DR）中。如果是 9 位数据且无校验，就按 16 位处理；否则按 8 位处理。
  2. 中断切换 ：每发送一个数据，发送计数器TxXferCount减 1。当TxXferCount减到 0 时，说明当前要发送的数据已经全部放到数据寄存器了，这时候需要关闭 TXE 中断（因为不需要再触发 "发送数据寄存器为空" 的中断了），并使能 TC 中断（等待发送完成中断），这样当一帧数据发送完成后就会触发 TC 中断。

(4)中断模式完整函数链

中断模式的收发，是「启动函数 → 中断触发 → 回调函数」的完整链条，用表格串联更清晰：

阶段 发送流程（中断） 接收流程（中断）
启动 HAL_UART_Transmit_IT 启动发送 HAL_UART_Receive_IT 启动接收
中断触发 发完 1 字节 → TXE 中断；发完所有字节 → TC 中断 收到 1 字节 → RXNE 中断；收完所有字节 → 接收完成中断
回调通知 发完所有字节 → HAL_UART_TxCpltCallback 收完所有字节 → HAL_UART_RxCpltCallback
错误处理 统一走 HAL_UART_ErrorCallback 统一走 HAL_UART_ErrorCallback

(5)中断接收与发送完整代码流程

（一）全局变量定义

复制代码 
extern UART_HandleTypeDef huart1;
int key_cut=0;
void key_timeout_func(void *args);
struct soft_timer key_timer ={~0,NULL,key_timeout_func};

static uint8_t g_data_buf[100];
static circle_buf g_key_bufs;

static volatile int g_tx_cplt = 0;

这里定义了串口句柄（通过extern引用）、一些用于按键处理的变量（虽然在串口中断中可能暂时没用到，但属于整个工程的变量）以及用于标记发送完成的 volatile 变量g_tx_cplt（因为在中断回调函数和主函数中都会访问，需要用 volatile 保证其可见性）。

（二）发送完成回调函数

复制代码 
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  g_tx_cplt =1;
}

当串口发送完成中断触发并处理完成后，会调用这个回调函数，将g_tx_cplt置 1，用于在主函数中判断发送是否完成。

（三）等待发送完成函数

复制代码 
void Wait_Tx_Complete(void)
{
  while(g_tx_cplt ==0);
    g_tx_cplt =0;
}

这个函数会在主函数中被调用，用于等待发送完成。它会一直循环检查g_tx_cplt是否为 1，当为 1 时说明发送完成，然后将其置 0，为下一次发送做准备。

（四）主函数中的中断发送流程

复制代码 
while (1)
{
    /*enable txe interrupt*/
    HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,str2,strlen(str2));
    /*wait for tc*/
    Wait_Tx_Complete();
    while(HAL_OK !=HAL_UART_Receive(&huart1,&c,1,100));
    c=c+1;
    HAL_UART_Transmit(&huart1,&c,1,1000);
    HAL_UART_Transmit(&huart1,"\r\n",2,1000);
}
  1. 发送流程 ：在主循环中，首先调用HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,str2,strlen(str2))以中断模式发送字符串str2，然后调用Wait_Tx_Complete()等待发送完成（通过检查g_tx_cplt）。
  2. 接收流程 ：发送完成后，调用HAL_UART_Receive(&huart1,&c,1,100)以查询方式接收一个字节的数据（这里也可以改为中断接收方式，后续优化方向），接收完成后对数据进行简单处理（c=c+1），然后再用查询方式发送回传数据和换行符。

(6)中断模式优缺点与适用场景

（一）优点

  1. 效率高：不需要像查询方式那样一直占用 CPU 去等待串口状态，CPU 可以在等待串口中断的时间去处理其他任务，比如进行按键扫描、传感器数据处理等，提高了系统的整体效率。
  2. 实时性好：当串口有数据到来或者发送完成时能及时触发中断进行处理，对于一些对实时性要求较高的应用场景（如工业控制中的快速指令响应）非常合适。

（二）缺点

  1. 代码复杂度高：相比查询方式，中断模式需要处理中断函数、回调函数、中断使能与禁用、中断标志判断等，代码逻辑相对复杂，对于初学者来说理解和调试难度较大。
  2. 资源占用：虽然 CPU 利用率提高了，但中断本身也会带来一定的开销，比如中断上下文切换等，如果中断过于频繁，也可能会影响系统性能。

（三）适用场景

适用于对实时性要求较高、CPU 需要同时处理多个任务的场景，比如多传感器数据实时上传、工业设备的远程控制指令接收与响应等。而对于一些简单的、对实时性要求不高的小项目，查询方式可能因为代码简单更容易实现。

(7)常见问题与调试方法

（一）中断不触发问题

  1. 可能原因：
  • 1.中断使能不正确：比如在HAL_UART_Transmit_IT中没有正确使能 TXE 中断，或者在HAL_UART_IRQHandler中相关中断源的使能和标志判断有问题。
  • 2.串口配置错误：在 STM32CubeMX 中配置串口时，没有正确使能对应的中断（如在 NVIC 设置中没有使能 USART1 的中断）。
  • 3.全局中断未使能：即使串口的中断使能了，但如果 CPU 的全局中断没有使能（比如没有调用__enable_irq()函数，不过在 HAL 库中一般会自动处理，但也可能因为某些配置被关闭），也无法响应中断。
  1. 调试方法 ：
    • 检查 CubeMX 配置：查看串口的中断是否在 NVIC 中正确使能，优先级是否设置合理。
    • 检查代码中的中断使能函数：在HAL_UART_Transmit_IT中查看__HAL_UART_ENABLE_IT是否正确调用，使能的中断类型是否正确。
    • 在中断处理函数入口加断点：在USART1_IRQHandler函数中加断点，看是否能进入中断处理函数，如果进不去，说明中断触发有问题；如果能进去，再逐步检查HAL_UART_IRQHandler中的逻辑。

（二）数据发送不完整或错误

  1. 可能原因 ：
    • 发送缓冲区处理问题：在UART_Transmit_IT中，数据从缓冲区取出和指针移动的逻辑有错误，导致数据没有正确发送或者发送了错误的数据。
    • 中断切换逻辑问题：TXE 中断和 TC 中断的切换没有正确处理，导致数据发送到一半就停止或者发送完成后没有正确标记状态。
    • 数据长度设置错误：在调用HAL_UART_Transmit_IT时，strlen(str2)计算的长度不正确，导致发送的数据长度错误。
  2. 调试方法 ：
    • 在UART_Transmit_IT函数中加断点，检查每次从缓冲区取出的数据是否正确，指针移动是否正确。
    • 检查中断切换时的计数器TxXferCount，看其递减是否正确，以及中断使能和禁用是否在正确的时机。
    • 打印发送的数据长度和实际发送的数据（可以通过串口助手配合，或者在代码中使用调试串口打印中间变量），检查数据是否正确。

（三）回调函数不执行

  1. 可能原因 ：
    • 没有正确实现回调函数：在 HAL 库中，回调函数需要按照规定的名称和参数实现，比如HAL_UART_TxCpltCallback，如果函数名写错或者参数不匹配，就不会被正确调用。
    • 中断没有正确触发到发送完成阶段：可能在数据发送过程中出现了错误，导致没有触发 TC 中断，所以回调函数不会执行。
  2. 调试方法 ：
    • 检查回调函数名称和参数是否正确。

三、中断改造方法

（1）核心需求："串口收发数据不丢" 要解决啥问题？

想象你用串口给设备发消息，比如连续快速发 10 个字符。如果设备处理慢，或者中断响应不及时，数据就会 "挤在一起" 丢包。环形缓冲区 就像一个 "临时仓库"，先把收到的数据存起来，主程序慢慢取；中断 负责 "一收到数据就通知仓库存数据"，两者配合就能解决丢包问题。

（2）代码角色分工：谁在干啥？

cs 复制代码 
// usart.c：专门处理串口中断、环形缓冲区，收数据存缓冲区、取数据逻辑
#include "main.h"        // 包含HAL库等
#include "usart.h"       // 串口相关声明
#include "circle_buffer.h"  // 环形缓冲区头文件

// 静态全局变量：仅usart.c内部用，避免全局污染
static volatile int g_tx_cplt = 0;  // 发送完成标志（0=未完成，1=完成）
static volatile int g_rx_cplt = 0;  // 接收完成标志（同理）
static uint8_t g_c;                 // 临时存"刚收到的1个字节"
static uint8_t g_recvbuf[100];      // 环形缓冲区的"物理存储数组"
static circle_buf g_uart1_rx_bufs;  // 环形缓冲区的"控制结构体"（存读写位置等）

// 串口发送完成回调函数：HAL库规定名，发送中断完成后自动调用
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    g_tx_cplt = 1;  // 标记"发送完成"，告诉主程序可以继续了
}

// 【关键】串口接收完成回调函数：收到1个字节后，HAL库自动调用
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    // 1. 把刚收到的1个字节（存在g_c里）存进环形缓冲区
    cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs, g_c);  

    // 2. 重新使能接收中断！否则只能收1个字节，收完就不监听了
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_c, 1);  
}

// 等待发送完成：给主程序用，阻塞直到发送完成
void Wait_Tx_Complete(void)
{
    while (g_tx_cplt == 0) { /* 循环等，直到g_tx_cplt被回调函数设为1 */ }
    g_tx_cplt = 0;  // 清零，下次发送再用
}

// 启动串口接收中断：主程序初始化时调用，开启"收数据触发中断"
void startuart1recv(void)
{
    // 1. 初始化环形缓冲区：告诉它用g_recvbuf数组存数据，大小100
    circld_buf_init(&g_uart1_rx_bufs, 100, g_recvbuf);  

    // 2. 使能接收中断：收到1个字节就触发HAL_UART_RxCpltCallback
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_c, 1);  
}

// 从环形缓冲区取1个字节：给主程序用，取"存好的数据"
int UART1getchar(uint8_t *pVal)
{
    // 调用环形缓冲区的读取函数，把数据放到pVal里
    return circle_buf_read(&g_uart1_rx_bufs, pVal);  
}

先看代码里的关键模块，像 "部门分工" 一样理解：

代码部分 作用类比 核心任务
circle_buf（环形缓冲区） 快递临时仓库 存收到的数据，主程序按需取
HAL_UART_RxCpltCallback（接收中断回调） 仓库管理员 一收到串口数据，就存进仓库
startuart1recv 启动 "仓库监听" 打开串口中断，让它能触发回调
UART1getchar 取快递的人 从仓库里拿数据给主程序用

（3）流程拆解：从 "启动程序" 到 "收发数据" 全步骤

1. 初始化：给 "仓库" 和 "串口" 搭好架子

  • 环形缓冲区初始化 （对应 circld_buf_init(&g_uart1_rx_bufs,100,g_recvbuf);）：

    • 就像给仓库划分区域：g_recvbuf 是实际存数据的数组（仓库货架），g_uart1_rx_bufs 是管理这个数组的 "仓库规则"（比如：数据存在哪、存了多少、从哪取）。
    • 你可以理解为：circld_buf_init 帮你 "建了一个 100 字节的临时仓库，准备存串口数据"。

  • 串口中断启动 （对应 startuart1recv();）：

    • 调用 HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&g_c,1);，意思是："串口 1 啊，你开启'接收中断'吧！只要收到 1 个字节，就触发回调函数！"
    • 这一步是 "打开仓库管理员的监听开关"，让串口一收到数据，就通知程序处理。
2. 数据接收："仓库管理员" 怎么存数据？

当串口收到数据时（比如电脑发了一个字符 'A'），会触发 HAL_UART_RxCpltCallback 中断回调，流程像这样：

  1. 触发条件 ：串口硬件收到 1 个字节（比如 'A'），自动触发这个函数。
  2. 存数据到环形缓冲区 （对应 cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs,g_c);）：
    • g_c 里存着刚收到的字节（比如 'A' 的 ASCII 码）。
    • 调用 cirble_buf_write，就像 "管理员把刚收到的快递（数据）放进仓库货架（数组 g_recvbuf）"。
  3. 重新开启中断 （HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&g_c,1);）：
    • 因为中断触发一次后会关闭，必须重新调用它，才能继续监听下一个字节。
    • 相当于 "管理员存完这个快递，赶紧打开监听，等下一个快递"。
3. 主程序取数据：从 "仓库" 拿数据处理
cs 复制代码 
// main.c：主程序，负责初始化、循环收发数据
#include "main.h"        // 包含HAL库等基础头文件
#include "i2c.h"
#include "usart.h"       // 假设usart相关声明在这里（实际工程需单独.h）
#include "gpio.h"
#include "circle_buffer.h"  // 环形缓冲区头文件

// 软件定时器结构体（按键消抖用，和串口主逻辑关联弱，初学可先关注串口）
struct soft_timer
{
    uint32_t timeout;      // 超时时间戳（毫秒）
    void *args;            // 回调参数
    void (*func)(void *);  // 回调函数
};

// 全局变量声明（实际工程建议用static+访问函数，这里简化）
extern UART_HandleTypeDef huart1;  // 串口1句柄，usart.c里会用到
int key_cut = 0;
void key_timeout_func(void *args); 
struct soft_timer key_timer = {~0, NULL, key_timeout_func};

// 环形缓冲区相关（按键逻辑，初学可先跳过，关注串口部分）
static uint8_t g_data_buf[100];     
static circle_buf g_key_bufs;

// 串口收发相关函数声明（实际应放usart.h，这里简化）
void startuart1recv(void);   // 启动串口接收中断
int UART1getchar(uint8_t *pVal); // 从环形缓冲区取数据
void Wait_Tx_Complete(void);  // 等待发送完成
void Wait_Rx_Complete(void);  // 等待接收完成（实际未用到，演示用）

// 主函数：程序入口
int main(void)
{
    char *str = "Please enter a char: \r\n"; // 发送的提示字符串
    char *str2 = "www.100ask.net\r\n";       // 欢迎信息
    char c;  // 存储接收到的字符

    // 1. 初始化HAL库、系统时钟
    HAL_Init();          
    SystemClock_Config(); 

    // 2. 初始化环形缓冲区（按键逻辑，初学先记住串口也有环形缓冲区）
    circld_buf_init(&g_key_bufs, 100, g_data_buf); 

    // 3. 初始化外设：GPIO、I2C、串口
    MX_GPIO_Init();      
    MX_I2C1_Init();      
    MX_USART1_UART_Init(); 

    // 4. 初始化OLED（如果有的话，演示用，和串口核心逻辑无关）
    OLED_Init();
    OLED_Clear();
    OLED_PrintString(0, 0, "cnt     : ");
    int len = OLED_PrintString(0, 2, "key val : ");

    // 5. 先发送一条欢迎信息
    HAL_UART_Transmit(&huart1, str2, strlen(str2), 1000); 
    // 6. 启动串口接收中断：让串口一收到数据就触发中断存缓冲区
    startuart1recv();  

    // 主循环：一直运行
    while (1)
    {
        // 7. 非阻塞发送提示信息：告诉串口"后台发，发完通知我"
        HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, str, strlen(str)); 
        // 8. 等待发送完成（阻塞等待，确保发完再干别的）
        Wait_Tx_Complete();  

        // 9. 从环形缓冲区取数据：循环取，直到取到数据（0表示成功）
        while (0 != UART1getchar(&c)) { /* 没数据就循环等 */ }

        // 10. 处理数据：收到的字符+1，再发回去
        c = c + 1; 
        HAL_UART_Transmit(&huart1, &c, 1, 1000); 
        HAL_UART_Transmit(&huart1, "\r\n", 2, 1000); 

        // 以下是按键消抖逻辑（和串口主流程关联弱，初学可暂时注释掉）
        // key_timeout_func相关逻辑...（演示用，不影响串口理解）
    }
}

// 按键消抖回调（和串口主逻辑无关，初学可跳过）
void key_timeout_func(void *args)
{
    uint8_t key_val;
    key_cut++;
    key_timer.timeout = ~0;
    if (HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_14) == GPIO_PIN_RESET)
        key_val = 0x1;
    else
        key_val = 0x81;
    cirble_buf_write(&g_key_bufs, key_val);
}

// 定时器修改函数（和串口主逻辑无关，初学可跳过）
void mod_timer(struct soft_timer *pTimer, uint32_t timeout)
{
    pTimer->timeout = HAL_GetTick() + timeout;
}

// 定时器检查函数（和串口主逻辑无关，初学可跳过）
void cherk_timer(void)
{
    if (key_timer.timeout <= HAL_GetTick())
    {
        key_timer.func(key_timer.args);
    }
}

// GPIO中断回调（和串口主逻辑无关，初学可跳过）
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
    if (GPIO_PIN_14 == GPIO_Pin)
    {
        mod_timer(&key_timer, 10);
    }
}

主程序里有个循环 while(0 != UART1getchar(&c));，它的作用是 "一直从仓库里取数据"，流程：

  1. 调用 UART1getchar(&c) （对应 return circle_buf_read(&g_uart1_rx_bufs,pVal);）：
    • 这是 "取快递的人" 去仓库找数据。circle_buf_read 会检查环形缓冲区里有没有数据。
    • 如果有数据，就把数据放到 c 里（比如刚才存的 'A'）；如果没数据，就等下次再取。
  2. 主程序处理数据 （比如 c=c+1; HAL_UART_Transmit(&huart1,&c,1,1000);）：
    • 拿到 c（比如 'A'）后，主程序可以修改它（比如 c+1 变成 'B'），再通过 HAL_UART_Transmit 发回去。
4. 发送数据："非阻塞" 发送是咋回事？

代码里用了 HAL_UART_Transmit_IT(&huart1,str,strlen(str)); + Wait_Tx_Complete(); 发送数据：

  • HAL_UART_Transmit_IT："告诉串口：你后台慢慢发数据，别阻塞主程序！发完了通知我。"
  • Wait_Tx_Complete() ："主程序在这等着，直到串口发完数据（g_tx_cplt 变成 1），再继续干别的。"
    （类比：你点了个外卖配送，不用一直盯着，配送完 App 通知你 ------ 但你可以选择 "等配送完再干别的"）

(4)环形缓冲区核心逻辑（白话版）

很多同学不懂 "环形缓冲区" 咋循环存数据，用 "快递货架" 比喻 讲清楚：

  1. 存数据（cirble_buf_write）：

    • 货架有 100 个格子（g_recvbuf[100]），管理员存数据时，按顺序往后放。
    • 存满了怎么办？环形 的关键：从最后一个格子跳回第一个格子继续存（像操场跑圈），这样不用清空数组，反复利用空间。

  2. 取数据（circle_buf_read）：

    • 取数据的人按 "存数据的顺序" 拿，存的时候从格子 0→1→2...，取的时候也 0→1→2...，保证数据顺序不乱。
    • 如果存的比取的快，仓库会暂时存着；如果取的比存的快，就等新数据进来。

(5)"不丢数据" 的核心秘密：中断 + 环形缓冲区配合

  • 中断 保证 "一收到数据就存"：不管主程序在干啥，只要串口有数据，立刻触发回调存进仓库，不会因为主程序忙别的就丢数据。
  • 环形缓冲区 保证 "数据有地方存"：即使主程序处理慢，数据先存在仓库里，不会因为 "没及时取" 就丢失，主程序啥时候有空啥时候取。

(6)新手常见疑问解答

Q1：HAL_UART_RxCpltCallback 里为啥要重新调用 HAL_UART_Receive_IT？

A：因为串口中断触发一次后，会自动关闭。重新调用才能继续监听下一个字节，保证 "收到一个存一个"，不断触发中断。

Q2：环形缓冲区和普通数组有啥区别？

A：普通数组存满了必须清空才能继续存；环形缓冲区像 "循环跑道"，存满了从开头继续存，不用清空，效率更高。

Q3：主程序里 while(0 != UART1getchar(&c)); 是死循环吗？

A：不是死循环！UART1getchar 里，没数据时会返回非 0（比如 -1），主程序会一直循环尝试取；一旦取到数据（返回 0），就跳出循环继续处理。

(7)总结：完整流程串起来

  1. 初始化：建环形缓冲区仓库，打开串口中断监听。
  2. 收数据：串口收到数据 → 触发中断回调 → 数据存进环形缓冲区 → 重新开启中断，等下一个数据。
  3. 取数据：主程序循环从环形缓冲区取数据，处理后可以再发回去。
  4. 发数据：用中断方式后台发送，主程序不用阻塞等待，发完再继续干活。

这样配合，就能实现 "串口收发数据不丢失"，不管数据来多快、主程序多忙，都能稳稳接住～

四、STM32 DMA 串口收发教程（结合中断，从 0 讲透）

<3>DMA 模式的回调函数（此次核心代码）

DMA 模式比中断模式多了「半完成回调」，适合大数据量的 "边传边处理"，用表格对比差异：

回调类型 触发时机 典型用途
完成回调 数据全部收发完成后触发 最终数据处理（如校验、存储完整数据）
半完成回调 数据收发到一半时触发 实时处理（如显示传输进度、临时缓存）
错误回调 收发过程中出现错误时触发 错误恢复（如重发、报错提示）

DMA 发送有 HAL_UART_TxHalfCpltCallback（发一半触发）、HAL_UART_TxCpltCallback（发完触发）；接收同理。

cs 复制代码 
/发送
HAL_UART_Transmit_DMA
HAL_UART_TxHalfCpltCallback
HAL_UART_TxCpltCallback
cs 复制代码 
//接收
HAL_UART_Receive_DMA
HAL_UART_RxHalfCpltCallback
HAL_UART_RxCpltCallback
cs 复制代码 
//错误回调
HAL_UART_ErrorCallback

（1）DMA 是啥？解决啥问题？

1. 白话理解 DMA

  • DMA 全称：直接存储器访问（Direct Memory Access）
  • 作用 ：让数据 "自己搬家"，不用 CPU 盯着！
    比如串口发 1000 个字符：
    • 不用 DMA：CPU 得逐个把字符 "抱" 到串口寄存器，期间不能干别的（像被 "拴在串口旁当苦力"）。
    • 用 DMA：CPU 说 "我要发这 1000 个字符，地址是 xx"，然后就去干别的。DMA 控制器自己把数据逐个搬到串口，搬完告诉 CPU（通过中断）。

2. 解决的核心问题

  • 解放 CPU：让 CPU 能同时处理其他任务（比如按键扫描、LED 控制），不用卡在 "收发数据" 上。
  • 适合大数据：发 1000 个字符、收 1000 个字节时，DMA 效率碾压 "CPU 逐个搬"。

（2）和之前 "中断收发" 的区别（对比理解）

方式 核心逻辑 适合场景 缺点
普通中断 收 / 发 1 个字节就触发中断，CPU 处理 数据量小、需要实时响应 数据量大时，CPU 被中断 "累死"
DMA + 中断 DMA 自动搬数据，搬完（或搬一半）触发中断告诉 CPU 大数据收发（比如发 1000 字符） 接收时需配合 IDLE 中断才好用（下文讲）

（3）代码改造思路（把 "中断收发" 改成 "DMA 收发"）

1. 发送改造：把 HAL_UART_Transmit_IT 换成 HAL_UART_Transmit_DMA

  • 原来的中断发送：发 1 个字节触发一次中断，CPU 得管 "发完一个，下一个咋发"。
  • DMA 发送 ：
    1. CPU 告诉 DMA："我要发数组 str，长度 strlen(str)，目标是串口 TDR 寄存器"。
    2. DMA 自动循环搬数据，全部搬完后 触发 HAL_UART_TxCpltCallback 中断，告诉 CPU "发完了"。

2. 接收改造：HAL_UART_Receive_DMA + （可选 IDLE 中断）

  • DMA 接收 ：
    1. CPU 告诉 DMA："我要收数据，存到数组 RxBuf，最多收 len 个字节"。
    2. DMA 自动把串口收到的数据搬到 RxBuf，收满 len 个 触发 HAL_UART_RxCpltCallback；收一半 触发 HAL_UART_RxHalfCpltCallback。
  • 为啥需要 IDLE 中断 ？
    串口收数据时，可能 "断断续续"（比如对方一次发 5 个，又发 3 个）。DMA 只会在 "收满指定长度" 才触发中断，没法知道 "对方已经发完一批"。这时候需要 IDLE 中断：串口 "空闲" 时（没数据来）触发中断，告诉 CPU"对方暂时不发了，你可以处理收到的数据了"。

四、保姆级代码流程拆解（结合你发的代码改造）

1. 关键函数对应（看第四张图 DMA 模式 函数）

函数名 触发时机 作用
HAL_UART_Transmit_DMA 主程序调用，启动 "DMA 发送" 告诉 DMA 开始发数据
HAL_UART_TxCpltCallback DMA 把数据全部发完后触发 通知 CPU "发送完成"
HAL_UART_Receive_DMA 主程序调用，启动 "DMA 接收" 告诉 DMA 开始收数据
HAL_UART_RxCpltCallback DMA 把数据全部收满后触发 通知 CPU "收满指定长度了"
HAL_UART_RxHalfCpltCallback DMA 收了一半数据后触发 （可选）收一半时提前处理数据
HAL_UART_ErrorCallback 收发出错时触发（比如总线错误） 处理错误

2. 改造后的 main.c 核心代码（发送部分）

复制代码 
// main.c 主程序

#include "main.h"
#include "usart.h"  // 包含串口、DMA 相关声明

// 全局变量
UART_HandleTypeDef huart1;  // 串口1句柄（CubeMX 配置生成）
char *str = "Hello DMA! 这是用 DMA 发的数据\r\n";  // 要发的字符串

// 主函数
int main(void)
{
    HAL_Init();             // 初始化 HAL 库
    SystemClock_Config();   // 配置系统时钟
    MX_USART1_UART_Init();  // 初始化串口（CubeMX 生成，包含 DMA 配置）
    MX_DMA_Init();          // 初始化 DMA（CubeMX 生成）

    // 1. 启动 DMA 发送：把 str 的内容，通过 DMA 发给串口
    HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)str, strlen(str));  

    // 2. 主循环：发完后，DMA 会触发 HAL_UART_TxCpltCallback 中断
    while (1)
    {
        // 发完后，这里可以干别的（比如扫按键、闪 LED）
        // 不用卡在"等发送完成"，因为 DMA 自己在后台发
    }
}

// 【关键】DMA 发送完成回调函数：HAL 库规定名称，发完自动调用
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)  // 确认是串口1的回调
    {
        // 可以在这里做"发送完成后的操作"：
        // 比如再发一次数据、切换 LED 状态
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);  // 假设 LED 宏定义好了
    }
}

（5）结合"DMA 模式图" 详细讲流程

1. 发送流程（对应第二张图 RAM → DMA → USART）

  1. CPU 下达指令 ：

    执行 HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, str, len)，CPU 告诉 DMA：

    • 源地址 ：str（RAM 里的字符串数组）。
    • 目标地址 ：串口的 TDR 寄存器（Transmit Data Register，发送数据寄存器）。
    • 长度 ：len（要发多少个字节）。

  2. DMA 自动搬数据 ：

    DMA 控制器开始工作，逐个把 str 里的字节，从 RAM 搬到 USART 的 TDR。

    • 这一步 不需要 CPU 参与 ！CPU 可以去干别的（比如 while(1) 里的按键扫描）。

  3. 发送完成触发中断 ：

    DMA 把 len 个字节全部搬完后，触发 HAL_UART_TxCpltCallback 中断。

    • CPU 暂停当前任务，执行回调函数里的逻辑（比如 "再发一次数据""翻转 LED"）。

2. 接收流程（ USART → DMA → RAM）

假设要收数据到数组 RxBuf[100]，流程：

  1. CPU 下达指令 ：

    执行 HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, (uint8_t *)RxBuf, 100)，CPU 告诉 DMA：

    • 源地址 ：串口的 RDR 寄存器（Receive Data Register，接收数据寄存器）。
    • 目标地址 ：RxBuf（RAM 里的数组）。
    • 长度 ：100（最多收 100 个字节）。

  2. DMA 自动搬数据 ：

    串口收到数据，存到 RDR 寄存器 → DMA 自动把 RDR 的数据搬到 RxBuf。

  3. 触发中断的两种情况：

    • 收满 100 个字节 ：触发 HAL_UART_RxCpltCallback，告诉 CPU"收满了，来处理"。
    • 收了 50 个字节（一半） ：触发 HAL_UART_RxHalfCpltCallback，告诉 CPU"收了一半，可以提前处理"（可选）。

  4. 为啥需要 IDLE 中断 ？

    如果对方发的数据 不足 100 个 （比如只发 30 个），DMA 不会触发 RxCpltCallback（因为没收满 100）。这时候需要 IDLE 中断：

    • 串口 "空闲" 时（没数据来），触发 IDLE 中断，告诉 CPU"对方暂时不发了，你可以处理 RxBuf 里的 30 个数据"。

(6)关键函数详解（保姆级逐行讲）

1. HAL_UART_Transmit_DMA：启动 DMA 发送

复制代码 
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)str, strlen(str));

  • 参数 1 ：&huart1 → 操作的串口（串口 1）。

  • 参数 2 ：(uint8_t *)str → 要发的数据在 RAM 里的地址。

  • 参数 3 ：strlen(str) → 要发的字节数（比如字符串长度）。

  • 底层干了啥（结合第二张图）：

    1. 配置 DMA 的 源地址 为 str，目标地址 为 huart1->Instance->TDR（串口 TDR 寄存器）。
    2. 配置 DMA 传输长度为 strlen(str)。
    3. 启动 DMA 传输，开始自动搬数据。

2. HAL_UART_TxCpltCallback：发送完成回调

复制代码 
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)
    {
        // 发送完成！可以在这里做后续操作
        HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);  // 比如翻转 LED
    }
}
  • 触发时机：DMA 把所有数据搬完（TDR 发完）后，HAL 库自动调用。
  • 作用：告诉 CPU "发送结束"，可以执行 "发完后的逻辑"（比如再发一批、记录日志）。

3. HAL_UART_Receive_DMA：启动 DMA 接收

复制代码 
uint8_t RxBuf[100];  // 存接收的数据
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, RxBuf, 100);

  • 参数 1 ：&huart1 → 操作的串口（串口 1）。

  • 参数 2 ：RxBuf → 数据接收后，存到 RAM 里的数组。

  • 参数 3 ：100 → 最多收 100 个字节。

  • 底层干了啥（结合第三张图）：

    1. 配置 DMA 的 源地址 为 huart1->Instance->RDR（串口 RDR 寄存器）。
    2. 配置 DMA 的 目标地址 为 RxBuf。
    3. 配置 DMA 传输长度为 100。
    4. 启动 DMA 传输，串口收到数据后，DMA 自动把 RDR 的数据搬到 RxBuf。

4. HAL_UART_RxCpltCallback：接收完成回调（收满长度触发）

复制代码 
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)
    {
        // 收满 100 个字节了！可以处理 RxBuf 里的数据
        // 比如打印、解析
        HAL_UART_Transmit(&huart1, RxBuf, 100, 1000);  // 把收到的发回去
    }
}
  • 触发时机 ：DMA 把 RxBuf 收满 100 个字节后，自动调用。
  • 注意 ：如果对方发的数据不足 100，不会触发这个回调！这时候需要配合 IDLE 中断（下文补讲）。

(7)接收的 "坑"：DMA 接收需配合 IDLE 中断（初学者必看）

1. 问题：DMA 接收 "收不满长度，不触发回调"

比如你让 DMA 收 100 个字节，但对方只发 30 个。DMA 没收满 100，不会触发 HAL_UART_RxCpltCallback，主程序就 "不知道啥时候该处理这 30 个数据"。

五、STM32 USART 进阶：DMA + IDLE 中断收发保姆级教程（含代码修复）

（1）前言：为什么需要 DMA + IDLE 中断？

在 STM32 串口通信中，普通中断收发适合小数据量，但面对连续不定长数据时：

  • 纯中断：频繁触发中断，CPU 负担重
  • 纯 DMA：无法判断 "数据何时接收完成"（比如对方发 50 字节后突然停止）

而 DMA + IDLE 中断 完美解决这两个痛点：

  • DMA 自动搬运数据，解放 CPU
  • IDLE 中断精准识别 "数据传输暂停"，让我们知道 "该处理已收数据了"

（2）核心问题拆解（老师代码的坑）

1. 问题 1：忘记使能接收通道

  • 现象：DMA 能发数据，但收不到任何内容
  • 原因：串口接收的 DMA 通道未正确使能，数据无法从串口寄存器搬运到内存

2. 问题 2：IDLE 中断后未重启 DMA

  • 现象：只能接收一次数据，之后无响应
  • 原因：IDLE 中断触发后，未重新启动 DMA 接收，导致后续数据无法被捕获

（3）DMA + IDLE 中断完整流程（从硬件到代码）

1. 硬件配置（CubeMX 关键步骤）

（1）串口配置
  • 模式：Asynchronous（异步模式）
  • 波特率：根据需求设置（如 115200）
  • 使能 DMA：
    • TX：DMA1 Channel 4（Memory To Peripheral）
    • RX：DMA1 Channel 5（Peripheral To Memory）
（2）NVIC 配置
  • 使能 USART1 global interrupt
  • 使能 DMA1 Channel 4/5 interrupt（可选，部分场景需 DMA 半传输 / 传输完成中断）

2. 代码流程拆解

（1）文件结构
  • usart.c：核心逻辑（DMA 收发、中断回调）
（2）usart.c 完整代码（修复版）
cs 复制代码 
/* USER CODE BEGIN 1 */
// 发送完成标志（用于非阻塞发送时等待发送结束）
static volatile int  g_tx_cplt = 0;
// 接收完成标志（用于普通中断接收模式，此处DMA模式较少用）
static volatile int  g_rx_cplt = 0;
// 临时接收缓冲区（普通中断模式下存储单个字节）
static uint8_t g_c;
// DMA接收缓冲区（一次接收10个字节）
static uint8_t g_buf[10];
// 环形缓冲区的物理存储空间（用于存储所有接收到的数据）
static uint8_t g_recvbuf[100];
// 环形缓冲区控制结构（管理读写位置等信息）
static circle_buf g_uart1_rx_bufs;

/**
 * 发送完成回调函数（DMA模式）
 * 当DMA将所有数据从内存发送到串口后，由HAL库自动调用
 */
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    // 标记发送完成（用于Wait_Tx_Complete函数判断）
    g_tx_cplt = 1;
    // 注意：此处注释提到"放入环形缓冲区"，但发送完成无需操作缓冲区
    // 发送完成回调主要用于唤醒等待的任务或处理发送后逻辑
}

/**
 * 等待发送完成（阻塞函数）
 * 调用后会一直等待，直到DMA发送完成（g_tx_cplt被置1）
 */
void Wait_Tx_Complete(void)
{
    // 循环等待发送完成标志
    while (g_tx_cplt == 0);
    // 清除标志，为下一次发送做准备
    g_tx_cplt = 0;
}

/**
 * 接收完成回调函数（普通中断模式）
 * 当使用HAL_UART_Receive_IT时，每收到1个字节触发一次
 * 注意：在DMA+IDLE模式下，主要使用HAL_UARTEx_RxEventCallback
 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    // 标记接收完成（普通中断模式下使用）
    g_rx_cplt = 1;
    // 将收到的单个字节存入环形缓冲区
    for(int i = 0; i < 10; i++)
    {
        // 此处逻辑有误！普通中断每次只收1字节，应直接存g_c
        // 正确写法：cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs, g_c);
        // 但代码中错误地循环写入g_buf（DMA缓冲区），可能导致数据异常
        cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs, g_buf[i]);
    }
    
    // 重新启动接收中断（很重要！否则只能接收一次）
    // 注意：此处使用了错误的函数！在DMA模式下应使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA
    // 正确写法：HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, g_buf, 10);
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_c, 1);
}

/**
 * 启动串口接收（初始化函数）
 * 配置环形缓冲区并开启接收中断
 */
void startuart1recv(void)
{
    // 初始化环形缓冲区（指定缓冲区大小和物理存储数组）
    circld_buf_init(&g_uart1_rx_bufs, 100, g_recvbuf);
    
    // 启动接收中断（注意：此处使用了普通中断模式！）
    // 正确写法：HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, g_buf, 10);
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_c, 1);
}

/**
 * 从环形缓冲区读取一个字节
 * 返回0表示成功读取，非0表示缓冲区为空
 */
int UART1getchar(uint8_t *pVal)
{
    return circle_buf_read(&g_uart1_rx_bufs, pVal);
}

/**
 * IDLE事件+DMA接收回调函数（关键！）
 * 当DMA接收完成或串口空闲时触发
 */
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    // 将DMA缓冲区中的数据存入环形缓冲区
    for(int i = 0; i < Size; i++)
    {
        cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs, g_buf[i]);
    }
    
    // 重新启动DMA接收（关键！否则只能接收一次）
    // 注意：老师忘记在IDLE中断中调用此函数，导致只能接收一次数据
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, g_buf, 10);
}
/* USER CODE END 1 */

（4）核心逻辑分步详解（从 "启动" 到 "收数据"）

1. 启动流程（startuart1recv 做了什么？

  • 环形缓冲区 ：g_recvbuf 作为 "临时仓库"，存零散收到的数据
  • DMA 配置 ：告诉硬件 "把串口收到的数据，自动搬到 g_buf，一次搬 10 字节"

2. 接收流程（DMA + IDLE 如何配合？）

（1）正常接收（数据连续）

（2）触发 IDLE 事件（数据暂停

​​​​

  • 为什么要重启 DMA ？
    DMA 传输一旦完成（或触发 IDLE），会自动停止。必须重新调用 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA，才能继续接收后续数据。

3. 发送流程（DMA 发送如何工作？）

（5）常见问题与解决方案（初学者必看）

1. 问题：DMA 接收后，环形缓冲区无数据

  • 原因 ：
    • DMA 通道未正确使能（CubeMX 配置问题）
    • HAL_UARTEx_RxEventCallback 中未正确重启 DMA
  • 解决 ：
    • 检查 CubeMX 的 DMA 配置（确保 USART1_RX 通道使能）
    • 确认 HAL_UARTEx_RxEventCallback 中调用了 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, g_buf, 10);

2. 问题：只能接收一次数据，之后无响应

  • 原因：IDLE 事件触发后，未重启 DMA 接收

  • 解决 ：在 HAL_UARTEx_RxEventCallback 中添加重启代码

    复制代码 
    HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, g_buf, 10);

3. 问题：IDLE 中断频繁触发

  • 原因：串口线干扰或波特率配置错误，导致误判 "空闲"
  • 解决 ：
    • 检查硬件接线（确保 GND 共地，串口线无松动）
    • 重新校准波特率（确保收发双方波特率一致）

（6）总结：DMA + IDLE 中断的价值

  • 效率：DMA 自动搬运数据，CPU 可同时处理其他任务
  • 灵活性 ：IDLE 事件精准识别 "数据暂停"，完美支持不定长数据收发
  • 可靠性：环形缓冲区缓冲零散数据，避免丢包

这套方案是 STM32 串口通信的 "进阶标配"，掌握后可轻松应对串口调试助手连续发数据、上位机批量传文件等场景！

六、完善UART程序与stdio（最终结果）

cs 复制代码 
// 引入头文件：头文件相当于工具包，包含了各种已经写好的函数和定义，方便我们直接使用
#include "main.h"         // 主头文件，包含系统初始化、核心函数的定义
#include "dma.h"          // DMA相关工具：用于高速数据传输（不用CPU参与）
#include "i2c.h"          // I2C通信工具：用于和OLED等I2C设备通信
#include "usart.h"        // UART串口工具：用于串口收发数据（比如和电脑通信）
#include "gpio.h"         // GPIO工具：用于控制引脚高低电平（比如按键、LED）
#include "circle_buffer.h"// 环形缓冲区工具：一种特殊的存储结构，适合临时存数据
#include <stdio.h>        // 标准输入输出工具：包含printf、scanf等函数


// 定义一个"软定时器"结构体：用软件实现定时功能（类似闹钟，到时间了就做指定的事）
struct soft_timer
{
  uint32_t timeout;       // 超时时间点（单位：毫秒）：记录"什么时候响铃"
	void * args;            // 回调参数：给定时任务传的数据（这里暂时不用）
	void (*func)(void *);   // 回调函数：超时后要执行的任务（"响铃后要做的事"）
};


// 声明外部变量：huart1是UART1的"句柄"（可以理解为UART1的身份证，操作它必须用这个句柄）
extern UART_HandleTypeDef huart1;

int key_cut = 0;  // 按键计数：记录按键被有效按下的次数

// 声明按键超时处理函数（后面会具体实现）
void key_timeout_func(void *args);

// 创建一个按键专用的软定时器：初始状态为"未激活"（timeout=~0表示无穷大）
struct soft_timer key_timer = {~0, NULL, key_timeout_func};

// 声明几个函数（先告诉编译器有这些函数，后面再实现）
void Wait_Tx_Complete(void);    // 等待串口发送完成
void Wait_Rx_Complete(void);    // 等待串口接收完成
void startuart1recv(void);      // 启动UART1接收功能
int UART1getchar(uint8_t *pVal);// 从UART1读取一个字符


// 环形缓冲区相关变量：用来临时存储按键数据（防止按键触发太快处理不过来）
static uint8_t g_data_buf[100];  // 实际存储数据的空间（可以存100个字节）
static circle_buf g_key_bufs;    // 环形缓冲区的管理结构（负责读写数据）


/**
 * 按键超时处理函数：软定时器到时间后执行（用于按键消抖后确认状态）
 * 为什么需要消抖？按键按下时金属触点会抖动（10ms内可能通断多次），10ms后再读才准确
 */
void key_timeout_func(void *args)
{
  uint8_t key_val;  // 存储按键的状态值（0x1表示按下，0x81表示松开）
  
  key_cut++;        // 按键计数+1（每有效触发一次，计数加1）
  key_timer.timeout = ~0;  // 重置定时器：处理完后暂时关闭，下次按键再激活
  
  // 读取GPIO_PIN_14引脚的电平（这个引脚接了按键）
  // GPIO_PIN_RESET表示低电平（按键按下，因为按键通常接下拉电阻）
  // GPIO_PIN_SET表示高电平（按键松开）
  if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_14) == GPIO_PIN_RESET)
    key_val = 0x1;   // 按键按下，存0x1
  else
    key_val = 0x81;  // 按键松开，存0x81（用不同值区分两种状态）
  
  // 把按键状态存入环形缓冲区（先存起来，后面慢慢处理）
  circle_buf_write(&g_key_bufs, key_val);
}


/**
 * 设置定时器超时时间（激活定时器）
 * @param pTimer：要设置的定时器
 * @param timeout：要等待的时间（单位：毫秒）
 */
void mod_timer(struct soft_timer *pTimer, uint32_t timeout)
{
  // HAL_GetTick()：获取系统从启动到现在的毫秒数（比如启动后1秒，返回1000）
  // 超时时间点 = 当前时间 + 等待时间（比如现在1000ms，等10ms，超时点就是1010ms）
  pTimer->timeout = HAL_GetTick() + timeout;
}


/**
 * 检查定时器是否超时（软定时器的核心逻辑）
 * 相当于"看闹钟有没有响"，需要在主循环里反复调用
 */
void check_timer(void)
{
  // 如果当前时间 >= 定时器的超时时间点，说明"闹钟响了"
  if(key_timer.timeout <= HAL_GetTick())
  {
    // 执行定时器绑定的任务（调用回调函数）
    key_timer.func(key_timer.args);
  }
}


/**
 * GPIO中断回调函数：当引脚电平变化时自动调用（比如按键按下时）
 * @param GPIO_Pin：触发中断的引脚编号
 */
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{
  // 判断是不是GPIO_PIN_14引脚触发的中断（我们的按键接在这个引脚）
  if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_14)
  {
    // 激活按键定时器，10ms后执行超时处理（用于消抖）
    mod_timer(&key_timer, 10);
  }
}


/**
 * 声明系统时钟配置函数（由STM32CubeMX自动生成，负责设置CPU等的工作频率）
 */
void SystemClock_Config(void);


/**
 * 主函数：程序的入口，所有代码从这里开始执行
 * @retval int：返回值（嵌入式程序通常不返回，这里只是标准格式）
 */
int main(void)
{
  int len;  // 临时变量，用来存字符串长度
  // 定义要发送的字符串：\r\n是换行符（串口通信中换行需要这两个字符）
  char *str = "Please enter a char: \r\n";
  char *str2 = "www.100ask.net\r\n";
  char c;   // 用来存从串口接收的字符


  // 初始化HAL库：重置所有外设，初始化Flash和系统滴答定时器（用于延时）
  HAL_Init();

  // 配置系统时钟：设置CPU、外设的工作频率（比如72MHz）
  SystemClock_Config();

  // 初始化按键专用的环形缓冲区：指定大小100，用g_data_buf作为存储区
  circle_buf_init(&g_key_bufs, 100, g_data_buf);

  // 初始化各个外设（由STM32CubeMX自动生成）
  MX_GPIO_Init();    // 初始化GPIO（配置引脚功能）
  MX_DMA_Init();     // 初始化DMA
  MX_I2C1_Init();    // 初始化I2C1（用于OLED通信）
  MX_USART1_UART_Init();  // 初始化UART1（配置波特率等参数）

  // 初始化OLED屏幕并清屏
  OLED_Init();
  OLED_Clear();

  // 在OLED上显示固定文本：第一行显示"cnt     : "（用于显示按键计数）
  // 第三行显示"key val : "（用于显示按键状态值）
  OLED_PrintString(0, 0, "cnt     : ");
  len = OLED_PrintString(0, 2, "key val : ");

  // 通过UART1发送str2字符串到电脑：
  // 参数：UART句柄、要发的字符串、长度、超时时间（1000ms发不出去就放弃）
  HAL_UART_Transmit(&huart1, str2, strlen(str2), 1000);

  // 启动UART1的接收功能：让UART1准备好接收数据，收到后会触发中断
  startuart1recv();


  // 主循环：程序启动后会一直在这里循环执行（无限循环）
  while (1)
  {
    // 通过printf发送str2到串口（printf已被设置为通过UART1发送）
    printf("%s", str2);

    // 内层循环：等待用户输入一个有效字符（不是'r'也不是换行符）
    while(1)
    {
      // 从串口接收一个字符（scanf已被设置为通过UART1接收）
      scanf("%c", &c);

      // 如果接收的字符不是'r'也不是换行符（'\n'），就处理并退出内层循环
      if(c != 'r' && c != '\n')
      {
        c = c + 1;  // 字符加1（比如输入'a'变成'b'，输入'1'变成'2'）
        printf("%c\r\n", c);  // 把处理后的字符发回串口
        break;  // 退出内层循环，回到外层循环重新等待输入
      }
    }
  }
}
cs 复制代码 
// 发送/接收完成标志，使用volatile确保编译器不优化
static volatile int  g_tx_cplt=0;
static volatile int  g_rx_cplt=0;
// 临时存储接收数据的变量和缓冲区
static uint8_t g_c;
static uint8_t g_buf[10];
static uint8_t g_recvbuf[100];
// UART1接收缓冲区（环形缓冲区）
static circle_buf g_uart1_rx_bufs;

/**
 * UART发送完成回调函数
 * 当UART发送完成时，此函数会被自动调用
 */
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart == &huart1)
    {
        g_tx_cplt=1; // 设置发送完成标志
        // 注释中提到"放入环形缓冲区"，但此处未实现
    }
}

/**
 * 等待UART发送完成
 * 阻塞函数，会一直等待直到发送完成
 */
void Wait_Tx_Complete(void)
{
    while (g_tx_cplt == 0 ); // 等待发送完成标志
    g_tx_cplt=0; // 清除标志，准备下一次发送
}

/**
 * UART接收完成回调函数
 * 当使用HAL_UART_Receive_IT()接收到指定数量的数据后，此函数会被调用
 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if(huart == &huart1)
    {
        g_rx_cplt=1; // 设置接收完成标志
        
        // 将接收到的数据（10字节）存入环形缓冲区
        for(int i=0;i<10;i++)
        {
            cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs,g_buf[i]);
        }
        
        // 重新启动接收，准备接收下一组数据
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,g_buf,10);
    }
}

/**
 * 启动UART1接收
 * 初始化环形缓冲区并开启接收中断
 */
void startuart1recv(void)
{
    // 初始化环形缓冲区，大小为100字节
    circld_buf_init(&g_uart1_rx_bufs,100,g_recvbuf);
    
    // 启动中断接收，每次接收1字节
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&g_c,1);
}

/**
 * 从UART1接收缓冲区获取一个字符
 * 返回0表示成功获取，非0表示缓冲区为空
 */
int UART1getchar(uint8_t *pVal)
{
    return circle_buf_read(&g_uart1_rx_bufs,pVal);
}

/**
 * UART接收空闲回调函数
 * 当检测到UART接收线路空闲时，此函数会被调用
 */
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    if(huart == &huart1)
    {
        // 将接收到的数据存入环形缓冲区
        for(int i=0;i<Size;i++)
        {
            cirble_buf_write(&g_uart1_rx_bufs,g_buf[i]);
        }
        
        // 重新启动接收，准备接收下一组数据
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,g_buf,10);
    }
}

// 回退处理相关变量
static int g_last_char;
static int g_backspace=0;

/**
 * 重定向fputc函数
 * 实现printf通过UART1发送数据
 */
int fputc(int ch,FILE* stream)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1,(const uint8_t *)&ch,1,10);
    return ch;
}

/**
 * 重定向fgetc函数
 * 实现scanf通过UART1接收数据
 */
int fgetc(FILE *f)
{
    int ch;
    if (g_backspace)
    {
        g_backspace=0;
        return g_last_char; // 返回上一个字符（回退功能）
    }
    
    // 阻塞等待，直到从环形缓冲区读取到数据
    while(0 != UART1getchar((uint8_t *)&ch));
    
    g_last_char = ch; // 保存当前字符，用于回退功能
    return ch;
}

/**
 * 实现回退功能
 * 允许程序"撤销"上一次读取的字符
 */
int __backspace(FILE *stream)
{
    g_backspace = 1;
    return 0;
}
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