玩轉stm32 usart 串口功能 庫函數(shù) 詳解和DMA 串口高級運用

數(shù)據(jù)傳輸時要從支持那些相關的標準？傳輸?shù)乃俣?？什么時候開始？什么時候結束？傳輸?shù)膬?nèi)容？怎樣防止通信出錯？數(shù)據(jù)量大的時候怎么弄？硬件怎么連接出發(fā),當然對于stm32還要熟悉庫函數(shù)的功能

具起來rs232和485電平的區(qū)別硬件外圍芯片，波特率（反映傳一位的時間），起始位和停止位，數(shù)據(jù)寬度，校驗，硬件流控制，相應連接電腦時的接口怎么樣的。配置，使用函數(shù)，中斷，查詢并結合通信協(xié)議才算了解了串口使用。

以上是基礎，當然stm很多相關復用功能，支持同步單向通信和半雙工單線通信，支持局部互聯(lián)網(wǎng)、智能卡協(xié)議和紅外數(shù)據(jù)組織相關規(guī)范，以及調(diào)制解調(diào)器操作，運行多處理器通信。同時可以使用DMA方式進行高速數(shù)據(jù)通信。注意Print函數(shù)時間問題，嘗試通過DMA解決。

特點：全雙工，異步，分數(shù)波特率發(fā)生器好處是速度快，位數(shù)8或9為，可配置1或2停止位，Lin協(xié)議，可提供同步時鐘功能。

硬件上

一般2個腳，RX和TX;同步模式需要SCLK時鐘腳，紅外IRDA需要irDA_RDI腳作為數(shù)據(jù)輸入和irDA_TDO輸出。

奇偶校驗通過usart_cr1 pce位配置校驗（發(fā)送生成奇偶位，接受時進行校驗）

LIN局域互聯(lián)網(wǎng)模式：通過設置USART_CR2中LINEN位配置,使用的時候需要外加專門的收發(fā)器才可以

同步模式：通過設置USART_CR2中CLKEN位配置

智能卡模式：通過設置USART_CR3中SCEN位配置

DMA、硬件流控制作專門研究。

中斷有哪些事件？

發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空 發(fā)送完成 接受數(shù)據(jù)可讀 奇偶校驗錯數(shù)據(jù)溢出 CTS標志 空閑標志 斷開標志 噪聲標志

遺憾是沒有留有接受緩沖區(qū)，用查詢?nèi)菀讛?shù)據(jù)丟失

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流程是時鐘配置---管腳配置(如重映射，管腳模式)----串口配置----中斷配置-----相應中斷-----打開串口

上面是一些基礎知識點，下面從實際運用來了解串口功能

比較簡單些的應用吧：對usart進行初始化的工作

void COM1_Init( void)
{

//首先要初始化結構體：少不了對于的引腳，忘不了usart,更牽掛著中斷的配置結構體,定義空間來被涂鴉

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

//下面是對GPIO進行涂鴉

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //選擇管腳位
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;//模式復用推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);


GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10; //選擇管腳位
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING; //模式為輸入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200; //波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b; //8數(shù)據(jù)位
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1; //1停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No; //無奇偶校驗
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無數(shù)據(jù)流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發(fā)模式

USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

//使能串口中斷，并設置優(yōu)先級
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = USART1_IRQn_Priority;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority=0;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);//將結構體丟到配置函數(shù)，即寫入到對應寄存器中

//USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);

//所有的工作都做好了，最后別忘了打開串口
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

//USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);下面是中斷源

#define USART_IT_PE ((uint16_t)0x0028)
#define USART_IT_TXE ((uint16_t)0x0727)
#define USART_IT_TC ((uint16_t)0x0626)
#define USART_IT_RXNE ((uint16_t)0x0525)
#define USART_IT_IDLE ((uint16_t)0x0424)
#define USART_IT_LBD ((uint16_t)0x0846)
#define USART_IT_CTS ((uint16_t)0x096A)
#define USART_IT_ERR ((uint16_t)0x0060)
#define USART_IT_ORE ((uint16_t)0x0360)
#define USART_IT_NE ((uint16_t)0x0260)
#define USART_IT_FE ((uint16_t)0x0160)

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以上是初始化配置，下面還要構成最小的運用，就舉例輸出函數(shù)吧

void PrintUart1(const u8 *Str)
{
while(*Str)
{
USART_SendData(USART1, (unsigned char)*Str++);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}
}

發(fā)送字符是通過查詢字符串的狀態(tài)來來不斷的發(fā)送下一個數(shù)據(jù)。

接受數(shù)據(jù)是通過中斷來實現(xiàn)的，把接受的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)，來實現(xiàn)。有包含協(xié)議以后細講。

想玩電腦串口傳輸數(shù)據(jù)，通過printf()來直接在電腦窗口顯示是不是很爽？在usart.c函數(shù)中加入

//不使用半主機模式
#if 1 //如果沒有這段，則需要在target選項中選擇使用USE microLIB
#pragma import(__use_no_semihosting)
struct __FILE
{
int handle;
};
FILE __stdout;

_sys_exit(int x)
{
x = x;
}
#endif

int fputc(int ch, FILE *f)
{
USART_SendData(USART1, (unsigned char)ch);
while (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
return ch;
}

上面數(shù)據(jù)來源可以通過串口，通過usb,通過無線等等。。。

printf函數(shù)有個缺陷，就是花費的時間太多了（毫秒級），總不至于讓CPU等幾個毫秒就來顯示串口吧，那再好的CPU也就費了，那腫么辦？可以用DMA!!直接讓其它硬件來傳這些粗糙的工作。CPU玩重點的其它的活！

先接著講好串口接受，再說這個DMA,在固件庫里面有個文件是專門用來放中斷處理函數(shù)的

里面有個函數(shù)
void USART1_IRQHandler(void)
{
static u8 UartBuf[UART_BUF_LEN];//串口緩沖
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)
{
temp=USART_ReceiveData(USART1);

..............下面就是一些處理，可以用狀態(tài)機模式來玩，直到填充好串口緩沖數(shù)據(jù)，并校驗正確，不多說

}
}

上面是典型的中斷處理函數(shù)，結合狀態(tài)機功能就強大了。講到操作系統(tǒng)還要進一步的學會運用。

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通過上面的學習相信對基本的串口操作有了比較深入的理解了，前面提到printf太慢，這里需要一些改進。

考慮到真正執(zhí)行串口輸出(用DMA其實在幾毫秒后完成)比執(zhí)行完pruntf（立即完成）這個時間點晚個幾毫秒對實際應用來說沒有任何影響，因此CPU可以在嘀嗒中斷中指揮DMA模塊完成串口輸出的任務。（其實對系統(tǒng)還是有些影響的宏觀講，串口輸出的數(shù)據(jù)其實很少，在大河中放入一杯水，幾乎可以忽略不計的）
再解決怎么分配：
定義兩個全局緩存區(qū)
其中一個緩存區(qū)以循環(huán)隊列的形式組織，每次執(zhí)行fputc時向其隊尾加入一個元素。
另一個緩存區(qū)直接以數(shù)組的形式組織，作為DMA的源地址。
在嘀嗒中斷中按下列順序完成對DMA的操作
(1)判斷循環(huán)隊列是否為空，如果為空說明當前沒有字符串需要通過串口輸出直接跳至(6)
(2)判斷DMA是否正在工作，如果DMA正在工作說明上次分配的任何沒干完直接跳至(6)
(3)從循環(huán)隊列出隊N個字符到數(shù)組緩存
(4)告訴DMA本次需傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)N
(5)命令DMA開始傳輸
(6)結束操作
補充:
1.N的確定方法:若循環(huán)隊列中元素的個數(shù)大于或等于數(shù)組緩存區(qū)的長度(固定值),則將數(shù)組緩存區(qū)的
長度賦給N，若循環(huán)隊列中元素的個數(shù)小于數(shù)組緩存區(qū)的長度則將循環(huán)隊列元素的個數(shù)賦給N
2.循環(huán)隊列開辟得越大，能緩存的字符串就越多，因此是越大越好.
3.數(shù)組緩存區(qū)并不是開辟的越大越好，這個值可以做如下的計算得出，假設波特率為115200嘀嗒中斷
的周期為2毫秒則在這2毫秒時間內(nèi)理論上最多可傳115200*0.002/10=23個字節(jié)。因此把數(shù)組緩存區(qū)
的大小定到比23稍小一點即可，比如定為20.
代碼可正常運行。經(jīng)測試使用新方案printf一個包含了二十個字符的字符串只需要25微秒的CPU耗時，
而老方案則需要1.76毫秒的CPU耗時。從而可以放心的使用printf調(diào)試一些時序要求較高的函數(shù)了，
另外因為執(zhí)行時間段從而printf被重入的概率大大減小。如果需要徹底防止printf被重入的話，可在調(diào)用printf之前關中斷，在printf執(zhí)行完之后開中斷，代價也僅是可能發(fā)生的幾十微秒的中斷延時而已。

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下面講一講我對DMA的理解

stm32 DMA有8通道，0---7

既然DMA傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)，當然有數(shù)據(jù)的寬度了，這需要配置。另外還要有地址吧，從哪個地址開始傳，還有傳到哪個地址，需要配置。還有傳輸普通的就直接傳完就好了，如果要高速不斷循環(huán)傳輸，這也可以配置。還有從ROM直接快速的加載到RAM（反過來不可以）也可以的。

之上就是一些基本需要配置的工作

DMA_DeInit(DMA1_Channel4);

上面這句是給DMA配置通道，根據(jù)ST提供的資料，STM3210Fx中DMA包含7個通道

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&((USART_TypeDef *)USART1)->DR);
上面是設置外設地址

DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t) USART_DMA_BUF;

上面這句很顯然是DMA要連接在Memory中變量的地址，上面設置存儲器地址；

DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC;

上面的這句是設置DMA的傳輸方向，就如前面我所說的，從存儲器到外設，也可以從外設到存儲器，：把DMA_DIR_PeripheralSRC改成DMA_DIR_PeripheralDST即可。

DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = 0;

上面的這句是設置DMA在傳輸時緩沖區(qū)的長度，前面有定義過了buffer的起始地址：為了安全性和可靠性，一般需要給buffer定義一個儲存片區(qū)，這個參數(shù)的單位有三種類型：Byte、HalfWord、word，我設置的2個half-word(見下面的設置)；32位的MCU中1個half-word占16 bits。

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;

上面的這句是設置DMA的外設遞增模式，如果DMA選用的通道（CHx）有多個外設連接，需要使用外設遞增模式：DMA_PeripheralInc_Enable;我的例子選用DMA_PeripheralInc_Disable

DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;

上面的這句是設置DMA的內(nèi)存遞增模式，DMA訪問多個內(nèi)存參數(shù)時，需要使用DMA_MemoryInc_Enable，當DMA只訪問一個內(nèi)存參數(shù)時，可設置成：DMA_MemoryInc_Disable。

DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;

上面的這句是設置DMA在訪問時每次操作的數(shù)據(jù)長度。有三種數(shù)據(jù)長度類型，前面已經(jīng)講過了，這里不在敘述。

DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;

與上面雷同。在此不再說明。

DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;

上面的這句是設置DMA的傳輸模式：連續(xù)不斷的循環(huán)模式，若只想訪問一次后就不要訪問了（或按指令操作來反問，也就是想要它訪問的時候就訪問，不要它訪問的時候就停止），可以設置成通用模式：DMA_Mode_Normal

DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Low;

上面的這句是設置DMA的優(yōu)先級別：可以分為4級：VeryHigh，High,Medium,Low.

DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable;

上面的這句是設置DMA的2個memory中的變量互相訪問的

DMA_Init(DMA_Channel1,&DMA_InitStructure);

前面那些都是對DMA結構體成員的設置，在次再統(tǒng)一對DMA整個模塊做一次初始化，使得DMA各成員與上面的參數(shù)一致。

DMA_Cmd(DMA_Channel1,ENABLE);

ok上面的配置工作完成了，相當于設定了一根管道通過DMA把緩沖區(qū)中要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到串口中。當然要使得DMA與usart1相連接，在usart1中還要把usart的DMA功能打開：USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Tx, ENABLE);接著在程序中只需要監(jiān)控，數(shù)據(jù)發(fā)送的狀態(tài)，并適時的打開或關閉DMA，留著下一次的串口發(fā)送用。

函數(shù)重載的printf()函數(shù)如下

int fputc(int ch, FILE *f)
{
while(En_Usart_Queue(ch)==-1);
return ch;
}

起始就是往環(huán)形緩沖區(qū)中添加要串口打印的數(shù)據(jù)，這個動作是比較快的。因為cpu直接移動數(shù)據(jù)很快，而通過cpu來操作串口，等待收獲反映，有個while(..)是比較慢得，故有幾個毫秒的延時?，F(xiàn)在好了，cpu ,通過printf只是移動數(shù)據(jù)到了緩沖區(qū)，緩沖區(qū)在一定的時候，cpu指揮dma來開始接下來的操作，然后dma操作，cpu接著做其他的事情，僅僅只要在下次空閑的時候來查一下dma有木有傳輸完成，或者有沒有傳輸錯誤，并改變環(huán)形隊列首位的位置，以及更改相應的狀態(tài)就可以了。這樣可以大大的節(jié)省很多的時間哦。
環(huán)形隊列的結構，大家可以看一些算法，不是很難的。

下面是運行過程中，cpu操作查詢的函數(shù)。

void DMA_USART_Handler(void){
u16 num=0;
s16 read;
if(DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Channel4)==0){ //檢查DMA是否完成傳輸任務
DMA_Cmd(DMA1_Channel4, DISABLE);
while((read=De_Usart_Queue())!=-1){
USART_DMA_BUF[num]=read;
num++;
if(num==USART_DMA_BUF_SIZE)
break;
}
if(num>0){
((DMA_Channel_TypeDef *)DMA1_Channel4)->CNDTR = num;//數(shù)量寄存器清零
DMA_Cmd(DMA1_Channel4, ENABLE);
}
}
}