STM32串口收发处理_stm32串口接收数据处理

STM32串口收发

STM32的串口接收和发送方式都有三种情况，即轮询、中断和DMA，俩俩组合便有9种可能的组合。

下面挑出其中三种收发方式进行研究，以及优缺点比较。

一、中断接收、轮询发送，无缓存模式
1.1 原理
当串口上有字节传送过来的时候，便会产生中断，即每个字节过来会产生一次串口接收中断。当有空闲中断产生的时候，认为一帧数据发送和存储完毕，置一个标志量到main函数中处理。适用于数据交互不太频繁的场合，因为平凡的串口数据发过来，会导致还没来得及处理的数据被新数据覆盖掉，产生丢帧的情况，这个是在实际项目中是不允许发生的，即使不处理数据，但也不希望丢数据。处理的流程如下图所示。

1.2 程序处理过程

/******************************缓存数组定义*************************************/
uint8_t RecData[RecDataLen] = {0};    //串口数据缓存数组
uint8_t *pIndex = RecData;            //数组的头指针
uint8_t *pRead  = RecData;            //数组的读指针
uint8_t *pWrite = RecData;            //数组的写指针
uint16_t RecLen = 0;                  //当前一帧的接收长度，当有空闲中断（IDLE）过来的时候判断
uint8_t DealwithFlag = 0;             //一帧数据接收完成，外部处理的标志量


/******************************STM32中断接收处理流程*************************************/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    /*****************************USART 1**********************************/
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET)    //判断是否是接收中断
        {
            __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);    //打开空闲中断
            *pWrite = (uint8_t)(huart1.Instance->DR&(uint8_t)0x00FF);    //读取数据寄存器中的数据
            pWrite ++;    //写指针地址自加1


            if ((pWrite - pIndex) > (RecDataLen - 2))    //如果接收的数据快满了，为了防止溢出出现不必要的
            {                                            //问题，如Hardfault等，直接将之前缓存的数据暴力清除掉
                pWrite = pIndex;
                memset(RecData, 0, RecDataLen);
            }
            __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE);    //清中断标志位
        }

        if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE) != RESET)    //判断是否是空闲中断
        {
            __HAL_UART_DISABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);    //关闭空闲中断

            DealwithFlag = 1;    //外部处理的标志量置1
            
            RecLen = pWrite - pIndex;    //计算接收一帧数据的长度
            pWrite = pIndex;             //写指针复位
            __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);    //清中断标志位
        }
    }
}
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二、中断接收、轮询发送，队列模式
2.1 原理
中断接收还是一个一个字节的接收方式，只不过在数据缓存上面改变了方式。这种缓存模式可以总结为先存储，后处理。存储空间为一个环形队列（环形数组，RingBuffer）。当写指针写到队尾会重头覆盖老数据，读指针也是一样，读到队尾之后会从头开始读取。只要缓存大小开的合适，主进程中处理方式得当，一般不会
出现读写指针打架导致的数据丢失。同时在数据入队的时候，会置队列忙碌标志量，主进程中看到这个标志量是暂缓数据处理的。
此方法参考了大彩串口屏的交互处理流程，适用于帧头帧尾固定的场合使用。
2.2 程序处理过程

/******************************STM32中断接收处理流程*************************************/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    /*****************************USART 1**********************************/
    if (huart->Instance == USART1)
    {
        if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET)    //判断是否是接收中断
        {
            Que.queue_busy = 1;    //队列忙碌，写数据中
            Queue_Push(&Que, (uint8_t)(huart1.Instance->DR&(uint8_t)0x00FF));    //后向入队
            Que.queue_busy = 0;
            __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE);    //清中断标志位
        }
    }
}

/******************************主进程处理*************************************/
void survice_queue(void)
{
    if (Que.queue_busy == 0)    //队列是否忙碌
    {
                /*    获取数据，获取到帧头和帧尾返回最终的帧长度，如果超过FRAME_MAX_SIZE
                        还没获取到帧尾，返回0结束掉
                 */
        RecCmdLen = Queue_find_cmd(&Que, buffer, FRAME_MAX_SIZE);
    }
    
    if (RecCmdLen > 8)   //因为设计帧头和帧尾总共8字节，再加上数据长度至少是9个长度
    {
                    // 获取指令的时候已经校验过帧头尾，所以这里直接处理数据
        for (uint8_t i = 0; i < RecCmdLen - 8; i ++)
        {
            printf("%d ", buffer[4 + i]);
        }
        printf("\r\n");
        memset(buffer, 0, FRAME_MAX_SIZE);
        RecCmdLen = 0;
    }
}
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2.3 实验验证
1、使用正点原子的串口助手，循环1毫秒发送数据
2、数据帧格式为AA AA 55 AA cmd FE FF FF FF
3、接收到完整的指令之后，打印cmd，cmd从1~60循环发送
4、计算循环发送的数据总大小，与接收cmd打印做对比，便可得知丢不丢包。
5、实验结果
发送：
一条帧总共发送9个字节，一共发送了2799个字节，也就是说发了2799 / 9 = 311帧数据

接收：
将接收数据拉成表格，满足要求。实际接收cmd数量311，与发送总帧数一样。

三、DMA接收、DMA发送，队列模式
3.1 原理
大致的接收处理过程与前俩种方式都一样，只不过这次所作的事情是将中断接收和轮询发送的时间给MCU解放出来了。接收使用
DMA+IDLE处理方式（DMA和空闲中断）。当空闲中断产生之后，1）先关闭DMA；2）将当前DMA缓存的长度求出来，再将对应长度的
数据入队；3）打开DMA接收。主进程中的数据处理流程与方法二一样，不再描述。
3.2 程序处理过程

/******************************STM32中断接收处理流程*************************************/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    /*****************************USART 2***************************/
    if (huart->Instance == USART2)
    {
        if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2, UART_FLAG_IDLE) != RESET)   //判断是否是空闲中断
        {
            HAL_UART_DMAStop(&huart2);    //关闭DMA
            
            RecLen = UART_DMA_MAX_RX_LEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);    //结算DMA接收长度
            uart_dev.busy = 1;    //队列忙，写数据中
            fifo_write(&uart_dev, uart_dma_rx_buf, RecLen);    //对应长度的数据后向入队
            uart_dev.busy = 0;
            __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);    //清除Flag
            HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, uart_dma_rx_buf, sizeof(uart_dma_rx_buf));    //打开DMA
        }
    }
}
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