作者：鱼鹰Osprey
ID ：emOsprey
前段时间需要写个串口接收程序，一时没找到源码，就想着自己写过一篇文章《终极串口接收方式，极致效率》，看看能不能复制个代码，谁知道原理写的还算清楚，但真要直接复制粘贴使用还是有点麻烦，作为 CV 工程师，这怎么可以，所以才有了今天的后续。
在那篇文章之前，鱼鹰还写过一篇串口相关的万字长文《如何写一个健壮且高效的串口接收程序？》，这篇文章也是介绍了很多设计细节问题，值得一读，但经过又一年的底层开发，鱼鹰又有了新的思考。
所以后续，鱼鹰除了会再写一篇串口DMA发送、接收的程序框架，还会再写一篇可重入 printf DMA打印函数设计方法与源码分享、串口数据解析源码等相关的文章。
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这份代码主要内容：USART1 + DMA + IDLE 中断 +无锁队列。
开发环境：C99、KEIL、STM32F103
主函数：
int main(void)
{
USART1_Init(115200); // 开始 DMA 接收数据
fifo_init(&fifo_usart_rx_1, usart_buff_rx, sizeof(usart_buff_rx));
while(1)
{
uint8_t length = fifo_read_buff(&fifo_usart_rx_1, buff_read, sizeof(buff_read));// 每次最大取 20 字节数据
if(length)
{
// printf("lengtt = %d", length); // 实际接收的数据长度
}
else
{
// printf("no data rx");// 没有数据
}
if(fifo_usart_rx_1.error)
{
// printf("fifo error %d", fifo_usart_rx_1.error);// 接收错误
fifo_usart_rx_1.error = 0;
}
}
}
中断处理函数：
void USART1_IRQHandler(void) //串口1中断服务程序
{
pfifo_rx_def pfifo = &fifo_usart_rx_1;
USART_TypeDef *uartx = USART1;
DMA_Channel_TypeDef *dma_ch = DMA1_Channel5;
if((uartx->SR & USART_FLAG_IDLE) != RESET)
{
(void)uartx->DR; // 清除空闲中断
if(pfifo != 0)
{
uint16_t curr_counter;
curr_counter = dma_ch->CNDTR; // 获取当前接收索引
pfifo->in += ((pfifo->last_cnt - curr_counter) & (pfifo->size - 1));
pfifo->last_cnt = curr_counter;
if((pfifo->in - pfifo->out) > pfifo->size)
{
pfifo->out = pfifo->in; // 清空缓存，注意赋值顺序，pfifo->in = pfifo->out 是错误的
pfifo->error |= FIFO_DMA_ERROR_RX_FULL;
}
}
else
{
pfifo->error |= FIFO_DMA_ERROR_RX_POINT_NULL;
}
}
else
{
pfifo->error |= FIFO_DMA_ERROR_RX_NOT_IDLE;
}
}
无锁队列内容：
#include "string.h"
typedef struct
{
uint8_t *buffer;
uint32_t in;
uint32_t out;
uint16_t size;
uint16_t error; // 接收错误
uint16_t last_cnt;
}fifo_rx_def;
typedef fifo_rx_def *pfifo_rx_def;
#define IS_POWER_OF_2(x) ((x) != 0 && (((x) & ((x) - 1)) == 0))
#define FIFO_DMA_ERROR_RX_NOT_IDLE (0x1 << 0) // 非空闲中断
#define FIFO_DMA_ERROR_RX_POINT_NULL (0x1 << 1) // 指针为空
#define FIFO_DMA_ERROR_RX_FULL (0x1 << 2) // 非空闲中断
// 不建议使用宏，除非确定没有使用隐患
uint32_t min(uint32_t X, uint32_t Y)
{
return ((X) > (Y) ? (Y) : (X));
}
fifo_rx_def fifo_usart_rx_1;
int32_t fifo_init(pfifo_rx_def pfifo, uint8_t *buff, uint32_t size)
{
assert_param(pfifo != NULL || buff != NULL);
if(!IS_POWER_OF_2(size)) // 必须 2 的幂次方
{
return -1;
}
pfifo->in = 0;
pfifo->out = 0;
pfifo->buffer = buff;
pfifo->size = size; // 必须最后设置大小
pfifo->last_cnt = size;
return 0;
}
uint32_t fifo_read_buff(pfifo_rx_def pfifo, uint8_t* buffer, uint32_t len)
{
uint32_t length;
assert_param(pfifo != NULL || pfifo->buffer != NULL || buffer != NULL);
len = min(len, pfifo->in - pfifo->out);
/* first get the data from pfifo->out until the end of the buffer */
length = min(len, pfifo->size - (pfifo->out & (pfifo->size - 1)));
memcpy(buffer, pfifo->buffer + (pfifo->out & (pfifo->size - 1)), length);
/* then get the rest (if any) from the beginning of the buffer */
memcpy(buffer + length, pfifo->buffer, len - length);
pfifo->out += len;
return len;
}
串口、DMA、中断初始化：
#define USART_BUFF_SIZE_1 128
static uint8_t usart_buff_rx[USART_BUFF_SIZE_1];
// 输入参数：波特率 比如 115200
void USART1_Init(u32 bound)
{
//GPIO端口设置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
//USART1_TX PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//USART1_RX PA.10
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 3 ;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器USART1
//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);//开启空闲中断
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE); // 使能DMA传输
DMA_DeInit(DMA1_Channel5); // 将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR; // DMA 外设C基地址
DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr = (uint32_t)usart_buff_rx; // DMA 内存基地址
DMA_InitStructure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralSRC; // 外设作为数据传输的目的地
DMA_InitStructure.DMA_BufferSize = sizeof(usart_buff_rx); // DMA通道的DMA缓存的大小
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable; // 外设地址寄存器不变
DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable; // 内存地址寄存器递增
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte; // 数据宽度为8位
DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte; // 数据宽度为8位
DMA_InitStructure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular; // 工作在循环缓存模式
DMA_InitStructure.DMA_Priority = DMA_Priority_Medium; // DMA通道 x拥有中优先级
DMA_InitStructure.DMA_M2M = DMA_M2M_Disable; // DMA通道x没有设置为内存到内存传输
DMA_Init(DMA1_Channel5, &DMA_InitStructure); //根据DMA_InitStruct中指定的参数初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所标识的寄存器
DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE); //使能DMA
USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx,ENABLE); //使能 USART1 接收请求
USART_Cmd(USART1, ENABLE); //使能串口
}
以上就是终极串口接收方式的具体实现，如果对无所队列不是很熟悉，目前因为只涉及到接收，所以没有其他源码提供，免得分心。
在这里再唠嗑几句：
1、串口初始化函数一旦执行完成，串口就开始使用 DMA接收数据，空闲中断产生时，用户才能在后续得到 DMA缓存接收的数据。
2、因为 DMA数据的更新由串口空闲中断决定，所以一旦一帧数据很长（在这里为大于 128，或者一帧数据大于剩余缓存空间），那么程序会发现这个错误，并设置标志位（有些错误可能无法发现），所以这里的缓存大小设置比较关键，必须大于一帧缓存，最好两帧以上，并且是 2 的幂次方。
3、如果内存有限制，无法开更大缓存，那么可以开启 DMA的半传输中断，这样也可以及时取走 DMA缓存的数据（或者使用定时更新的方式）。
4、用户缓存 buff_read 可以随意设置，没有限制，但为了节省内存，一般小于等于 DMA 的接收缓存 usart_buff_rx。另外在该例子中，buff_read 并没有清除数据，可以按需清除。
5、fifo_read_buff 返回值为实际接收到的数据长度，如果等于 0，代表没有接收到任何数据，并且读取完之后，会自动清除 DMA缓存的数据，用户不需要清除它（实际上，缓存的数据还在，只是用户读取不了，并最终会被后面接收的数据所覆盖）
6、串口中断一般可以设置为最低优先级，因为是 DMA后台自动接收的，所以中断优先级最低并不会丢失数据（前提是缓存足够大）。
7、如果使用串口不为空（USART_IT_RXNE）中断，一般接收会出现 ORE错误，此时如果不清除该错误会导致死机现象，但一般 DMA总是能及时接收数据，应该不会产生该错误，但为了发现这种情况，鱼鹰也设置了错误标志。至于为什么要做这些检查，请看鱼鹰的笔记
总结一下，终极串口接收的关键就是 DMA循环接收，和接收索引的更新。
其他的和网络上的 DMA 串口接收没什么区别。当然，还有最重要的一点，你看这些代码会比较舒服，最后皮一下，哈哈。感谢道友看到最后，咱们下期再见。
