MCU串口接收不定长数据的三种方案，哪种最稳？

串口的应用非常广泛，几乎绝大多数MCU项目都会用到串口（最基础的功能就是调试），所以，本期重点讲述一下串口接收数据的方法。

MCU串口接收数据常见的方法有：

方法一：DMA + 串口空闲中断
方法二：DMA + 接收超时中断
方法三：接收中断 + 软件超时判断

当然，还有一种不推荐使用的方法：轮询（查询）法.

方法一：DMA + 串口空闲中断（IDLE）

原理：利用串口硬件自带的空闲线路检测功能。当总线上超过一个字节传输时间没有新数据时，硬件置位 IDLE 标志。

配合 DMA 自动搬运数据，只需在 IDLE 中断中计算已接收长度即可。

比如：

cpp 复制代码

#define RX_BUFFER_SIZE  256
uint8_t rx_dma_buffer[RX_BUFFER_SIZE];
volatile uint16_t rx_data_len = 0;
volatile uint8_t  rx_frame_ready = 0;

/* 1. 初始化：开启 IDLE 中断，启动 DMA 接收 */
void UART_DMA_Init(void)
{
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);
    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_dma_buffer, RX_BUFFER_SIZE);
}

/* 2. 串口中断服务函数中处理 IDLE 事件 */
void USART1_IRQHandler(void)
{
    /* 先让 HAL 处理常规中断 */
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1);

    /* 手动检测 IDLE 标志 */
    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE) != RESET) {
        __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);       // 清除标志
        HAL_UART_DMAStop(&huart1);                 // 停止 DMA

        /* 计算接收长度：总大小 - DMA 剩余计数器 */
        rx_data_len = RX_BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        rx_frame_ready = 1;                        // 通知主循环

        /* 重新开启 DMA 接收，等待下一帧 */
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_dma_buffer, RX_BUFFER_SIZE);
    }
}

/* 3. 主循环处理 */
void main_loop(void)
{
    if (rx_frame_ready) {
        // 处理 rx_dma_buffer 中 rx_data_len 长度的数据
        process_frame(rx_dma_buffer, rx_data_len);
        rx_frame_ready = 0;
    }
}

这种方法的优点：硬件自动判定帧尾，响应快，CPU 占用极低。

注意：要求发送端帧与帧之间有明确空闲间隔。

存在的陷阱：IDLE 中断触发时，最后一个字节可能还在移位寄存器中未被 DMA 搬走，导致帧尾偶发丢字节。规避方法包括在停止 DMA 后稍作延时、使用循环模式配合半满/全满中断。

方法二：DMA + 接收超时中断（RTO）

原理：部分较新的 STM32 系列（如 G系列、U系列、H7等）的串口外设支持"接收超时"硬件功能。

可配置一个超时阈值（单位为一个位时间），当总线空闲超过该阈值时，触发超时中断，原理类似 IDLE，但超时时间可编程，且不依赖外部定时器。

比如：

cpp 复制代码

#define RX_BUFFER_SIZE  256
uint8_t rx_dma_buffer[RX_BUFFER_SIZE];
volatile uint16_t rx_data_len = 0;

/* 1. 初始化：配置接收超时中断并启用 */
void UART_RTO_Init(void)
{
    /* 设置超时时间为约 10ms（计算逻辑与波特率相关） */
    HAL_UART_ReceiverTimeout_Config(&huart1, huart1.Init.BaudRate / 100);
    HAL_UART_EnableReceiverTimeout(&huart1);

    /* 使能超时中断 */
    __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RTO);

    HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_dma_buffer, RX_BUFFER_SIZE);
}

/* 2. 在错误回调中处理超时事件（RTO 触发走 ErrorCallback） */
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1) {
        /* 检查是否为接收超时（RTO 中断） */
        if (__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_RTOF)) {
            __HAL_UART_CLEAR_FLAG(huart, UART_CLEAR_RTOF);

            HAL_UART_DMAStop(huart);
            rx_data_len = RX_BUFFER_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
            rx_frame_ready = 1;

            HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_dma_buffer, RX_BUFFER_SIZE);
        }
    }
}

这种方法的优点：超时时间灵活可调，无需额外定时器资源，适合对帧间隔有严格要求的场景。

注意：RTO 中断在 HAL 库中通常归入错误回调处理，具体清除标志位和检测逻辑需参考对应芯片的 HAL 实现。

方法三：接收中断 + 软件超时判断

原理：不使用 DMA 和空闲中断，而是逐字节进入接收中断（HAL_UART_RxCpltCallback）。

早期，硬件不支持以上方案，这种方法在以前项目用得比较多，即每收到一个字节数据就中断一次，然后通过协议解析数据，判断接收完一帧数据。

比如：

cpp 复制代码

void USART1_IRQHandler(void)
{
  static uint8_t sDgus_RxNum = 0;                //数量
  static uint8_t  sDGUS_RxCnt = 0;
  static uint8_t sDgus_RxBuf[DGUS_PACKAGE_LEN];
  static portBASE_TYPE xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;

  if((USART1->SR & USART_FLAG_RXNE) == USART_FLAG_RXNE)
  {
    sDgus_RxBuf[sDGUS_RxCnt] = ((uint8_t)USART_ReceiveData(USART1));
    sDGUS_RxCnt++;

    //接收超时定时:10ms
    DGUSRcv_Timing10ms(1);

    /* 判断帧头 */
    if(sDgus_RxBuf[0] != DGUS_FRAME_HEAD1)         //接收到帧头1
    {
      sDGUS_RxCnt = 0;
      return;
    }
    if((2 == sDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxBuf[1] != DGUS_FRAME_HEAD2))
    {
      sDGUS_RxCnt = 0;
      return;
    }

    /* 确定一帧数据长度 */
    if(sDGUS_RxCnt == 3)
    {
      sDgus_RxNum = sDgus_RxBuf[2] + 3;
    }

    /* 接收完一帧数据 */
    if((6 <= sDGUS_RxCnt) && (sDgus_RxNum <= sDGUS_RxCnt))
    {
      sDGUS_RxCnt = 0;

      if(xQueueDGUSRcv != NULL)
      {                                            //发送队列数据
        xQueueSendFromISR(xQueueDGUSRcv, &sDgus_RxBuf[0], &xHigherPriorityTaskWoken);
                                                   //唤醒更高优先级任务，旧API：portEND_SWITCHING_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
      }
    }
  }
}

这种方法优点：实现最简单，不依赖芯片是否支持 IDLE 或 RTO，任何 STM32 都能用。缺点：每个字节都触发中断，高波特率下 CPU 负担较重。

该方案的核心在于超时阈值的选取：太短会截断长帧，太长则帧间延迟增大。通常设为 3~5 个字节的传输时间。

最后建议

就目前优先选择方案一：绝大多数 STM32 都支持 IDLE，实现成熟，CPU 占用低。注意帧尾丢字节问题，可通过在 HAL_UART_DMAStop 后加短延时或使用循环 DMA + 半满/全满中断规避。

芯片支持 RTO 时用方案二：超时时间可编程且无需额外硬件，适合协议帧间隔灵活的场景。

方案三作为兜底：任何芯片都能跑，但高波特率下慎用，适合低速、低数据量场景。