STM32串口通信DMA接收 + 空闲中断IDLE详解

文章目录

[为什么选择 DMA + IDLE？](#为什么选择 DMA + IDLE？)
核心原理
CubeMX配置
代码实现
注意事项
健壮性优化

在嵌入式开发中，如何高效接收不定长度的串口数据是一个经典问题。传统的按字节中断接收不仅浪费 CPU 资源，还容易在大数据量时丢包。

为什么选择 DMA + IDLE？

传统的按字节中断接收（RXNE）就像是快递员每送一个包裹都要敲一次你的门，当你忙碌（CPU 负载高）时，包裹就会堆积甚至丢失。我们通过利用了 STM32 硬件层面的两个核心特性：

DMA (搬运工)
- 串口寄存器（DR/RDR）每收到一个字节，DMA 硬件直接通过总线将其搬运到指定的内存缓冲区（RAM）。
- 可以完全解放 CPU。在整个传输过程中，CPU 不需要进入任何中断服务程序（ISR），可以全力处理业务逻辑。
IDLE 信号 (断句器)
- 触发机制是硬件检测到 RX 引脚在出现起始位后，保持高电平（空闲态）超过 1 个字符时间，自动触发空闲中断。
- 完美解决"不定长"难题。它能自动识别一帧数据的结束，无需在协议中预设长度字段，也不需要复杂的超时判断逻辑。

核心原理

这种方案结合了 DMA（直接存储器访问）和 IDLE（空闲中断）的各自优势:

技术点	作用	意义
DMA	自动搬运：串口每收到一个字节，由硬件自动搬运到内存。	解放 CPU，传输过程中不需要 CPU 干预。
IDLE 中断	帧结束判断：当串口总线连续一个字节时间没有数据时触发。	自动断句，完美解决不定长数据的边界识别。
Normal 模式	单次触发：完成一次接收事件（满或空闲）后 DMA 停止。	数据安全，防止处理过程中新数据覆盖旧数据。

下图直观地展示了 UART 总线在空闲帧触发时的逻辑状态变化

CubeMX配置

USART 设置：模式选择 Asynchronous，并在 NVIC 选项卡中勾选 USARTx global interrupt。
DMA 设置：添加 USARTx_RX 通道，Mode 选择 Normal（单次模式），其余保持默认。

建议将串口中断优先级设置得稍高，以保证空闲信号能被及时捕获。

代码实现

在CubeMX配置完成之后，我们生成，在程序初始化阶段，需要执行以下代码启动接收。

c 复制代码

// 1. 启动接收
// rx_buffer: 缓冲区; sizeof(rx_buffer): 最大期望接收长度
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));

// 2. 屏蔽半满中断 (HT)
// 防止缓冲区搬运到一半时误触发回调，只在"发完"或"收满"时进回调
__HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx, DMA_IT_HT);

之后我们需要开始编写事件回调函数，当硬件检测到"空闲"或"缓冲区满"时，会自动跳入此函数。

c 复制代码

/* * 说明：Size 参数是由 HAL 库自动计算的，代表本次实际收到的字节数。
 */
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        // --- 业务处理开始 ---
        // 此时数据已完整存放在 rx_buffer 中，长度为 Size
        HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, Size, 100); // 示例：回传数据
        // --- 业务处理结束 ---

        // --- 关键：手动重启接收 ---
        // 在 Normal 模式下，回调结束后接收会停止。必须再次调用以启动下一包的监听。
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));
        __HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx, DMA_IT_HT); // 记得再次关闭半满中断
    }
}

建议在空闲中断中，将数据通过 memcpy 函数拷贝到 FIFO 或另一个缓冲区，然后立即重启 DMA。不要在中断处理。

注意事项

如果你发送的数据长度超过了 rx_buffer 的设定值（例如发送 20 字节，Buffer 只有 10 字节），你会发现回调函数进入了两次。

第一次触发（DMA 满中断）：前 10 字节填满缓冲区，DMA 停止并触发回调，Size = 10。
第二次触发（空闲中断）：你在回调里重启了接收，后 10 字节继续进入，发完后总线空闲，再次触发回调，Size = 10。

解决方案：请确保 rx_buffer 的长度大于你预期单包数据的最大长度。

健壮性优化

在工业现场，电磁干扰可能触发 Overrun (ORE) 错误，导致 DMA 接收永久停止。必须重写错误回调函数：

c 复制代码

void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        // 清除溢出错误标志（HAL库内部通常已处理，但显式重启是必要的）
        // 重启接收以恢复通信
        HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buffer, sizeof(rx_buffer));
        __HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx, DMA_IT_HT);
    }
}