1. 单线通讯的"至暗时刻"：收发切换 (Turnaround)
在全双工（两根线）模式下，发送和接收是独立的。但在单线模式下，你必须在一个循环中不断地切换身份：说 -> 听 -> 说。
1.1 致命的"TC 标志位"陷阱
这是新手最容易犯的错误：使用 TXE (Transmit Data Register Empty) 标志来切换方向。
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错误做法：
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填入数据到 TDR。
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等待
TXE置位（表示数据从寄存器移到了移位寄存器）。 -
立刻切换为接收模式。
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后果：移位寄存器里还有 8-10 个 bit 没发完，你把 TX 关了，最后那个字节被"截断"，总线上出现乱码。
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正确做法 ： 必须等待
TC(Transmission Complete) 标志。它表示移位寄存器也空了，最后一个 Stop Bit 已经完整发到了物理线路上。
1.2 状态机控制代码 (STM32G0 寄存器操作)
为了极致的切换速度（HAL 库函数调用有几微秒开销），在中断或高频任务中，建议直接操作寄存器控制 TE (Transmitter Enable) 和 RE (Receiver Enable)。
/* 定义方向控制宏，提高代码可读性 */
#define UART_ENTER_RX_MODE() do { \
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_TE; /* 关闭发送 */ \
USART1->CR1 |= USART_CR1_RE; /* 开启接收 */ \
} while(0)
#define UART_ENTER_TX_MODE() do { \
USART1->CR1 &= ~USART_CR1_RE; /* 关闭接收 (避免回显) */ \
USART1->CR1 |= USART_CR1_TE; /* 开启发送 */ \
} while(0)
/* 发送函数示例 */
void SingleWire_Send(uint8_t *pData, uint16_t Len)
{
// 1. 切为发送模式
UART_ENTER_TX_MODE();
// 2. 使用 HAL 库或 DMA 发送
if(HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, pData, Len) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
// 注意：这里不能立刻切回 RX！
// 必须在 DMA 完成中断 (TC中断) 中切回 RX
}
1.3 怎么处理 Echo (自发自收)？
在单线模式（特别是 Open-Drain 物理连接）中，TX 引脚的电平变化会被 RX 引脚同步捕捉到。
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笨办法：软件层接收所有数据，发现是自己发的就丢弃。缺点是浪费 DMA 空间和 CPU 算力解析。
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聪明办法 ：如上代码所示，在发送期间，硬件关闭 RE (Receiver Enable)。
- STM32G0 允许在初始化时只开启 TE，发送完后再开启 RE。这样物理层根本不会把数据送入接收 FIFO，彻底根除 Echo。
2. 接收端的"黄金标准"：DMA Circular + IDLE
处理单线总线上的数据（通常是不定长的）时，"DMA 循环模式 + 空闲中断" 是目前最高效的架构，没有之一。
2.1 为什么是 Circular (环形)？
如果用 Normal 模式，每次收满 Buffer 都要重新调用 HAL_UART_Receive_DMA。在这个"重新调用"的微秒级空隙里，如果有数据进来，就会发生 Overrun Error (ORE)，导致丢包。 Circular 模式下，DMA 指针指到 Buffer 尾部会自动回到头部，硬件永不停歇。
2.2 为什么是 IDLE (空闲中断)？
单线协议通常不知道下一包数据有多长。
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IDLE 定义 ：当总线上检测到一帧数据传输结束，且维持了一个字节时间的空闲（High Level），硬件置位
IDLE标志。 -
这相当于硬件告诉你："刚才那波数据发完了，你可以处理了"。
2.3 实战代码：STM32G0 的 DMA 接收实现
步骤 1：初始化启动 DMA 在 main() 初始化部分调用一次即可：
#define RX_BUF_SIZE 256
uint8_t RxBuffer[RX_BUF_SIZE];
void Start_Listening(void)
{
// 开启空闲中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
// 启动 DMA 循环接收
// 注意：G0 的 DMA 初始化代码需确保配置为 DMA_CIRCULAR
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, RxBuffer, RX_BUF_SIZE);
}
步骤 2：编写中断服务函数 (ISR) 这是核心逻辑。我们需要计算"上次读到了哪"和"现在 DMA 写到了哪"，中间的部分就是新收到的数据。
/* 全局变量记录处理进度 */
volatile uint16_t Last_Read_Index = 0;
void USART1_IRQHandler(void)
{
uint32_t isrflags = USART1->ISR;
uint32_t cr1its = USART1->CR1;
// 检测 IDLE 标志 (注意：G0 清除 IDLE 标志是写 ICR 寄存器)
if ((isrflags & USART_ISR_IDLE) && (cr1its & USART_CR1_IDLEIE))
{
// 1. 清除 IDLE 标志
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);
// 2. 获取当前 DMA 写入位置
// G0 的 DMA 计数器是递减的 (NDTR)，也就是 "剩余传输量"
// 需换算为 "Buffer 中的索引"
uint16_t dma_remaining = __HAL_DMA_GET_COUNTER(huart1.hdmarx);
uint16_t current_write_index = RX_BUF_SIZE - dma_remaining;
// 3. 计算数据长度并处理
Process_New_Data(current_write_index);
}
// 处理 HAL 库的其他中断
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
}
步骤 3：环形数据提取 (Ring Buffer Logic)
void Process_New_Data(uint16_t current_index)
{
uint16_t len = 0;
if (current_index == Last_Read_Index) return; // 无新数据
if (current_index > Last_Read_Index)
{
// 情况 A: 线性数据 (未回卷)
// [ ... old ... | NEW DATA | ... empty ... ]
// ^ ^
// Last Curr
len = current_index - Last_Read_Index;
Parse_Protocol(&RxBuffer[Last_Read_Index], len);
}
else
{
// 情况 B: 数据回卷 (Wrap around)
// [ DATA_PART2 | ... old ... | DATA_PART1 ]
// ^ ^
// Curr Last
// 先处理尾部 (Part 1)
uint16_t tail_len = RX_BUF_SIZE - Last_Read_Index;
Parse_Protocol(&RxBuffer[Last_Read_Index], tail_len);
// 再处理头部 (Part 2)
if (current_index > 0)
{
Parse_Protocol(&RxBuffer[0], current_index);
}
}
// 更新指针
Last_Read_Index = current_index;
}
3. 进阶：如何调试"看不见"的方向？
调试单线串口最痛苦的是：示波器接上去，只有一根线在跳，你根本分不清哪段波形是 Master 发的，哪段是 Slave 回的。
推荐技巧：GPIO 辅助调试法 找一个空闲 GPIO（例如 PB5），作为调试探针。
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在
UART_ENTER_TX_MODE()里，拉高 PB5。 -
在 DMA 发送完成中断（切回 RX 时），拉低 PB5。
示波器设置：
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CH1: 单线串口数据。
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CH2: PB5。
效果 ： 当 CH2 为高电平时，CH1 的波形是你发的；当 CH2 为低电平时，CH1 的波形是别人回的。通过测量 CH2 下降沿到 CH1 对方数据起始位的间隔，你可以精确测量 响应时间 (Response Time)，这是优化总线效率的关键依据。
4. 本章小结
在这一章，我们完成了链路层的坚实地基：
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收发切换 ：明确了必须等待
TC标志，并利用硬件寄存器快速切换TE/RE以屏蔽回显。 -
高效接收：实现了 DMA Circular + IDLE 机制，无论数据包多长，都能在总线空闲瞬间触发处理。
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数据提取：解决了环形缓冲区的数据回卷（Wrap-around）处理逻辑。
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* 本文为作者《嵌入式开发基础与工程实践》系列文之一。
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