【实战经验】串口工作在DMA模式下有时接收异常

1万 · 2016-7-5 12:00

本帖最后由香水城于 2017-8-14 13:54 编辑

串口工作在DMA模式下有时接收异常

前言
客户反馈在使用STM32F205的串口工作在DMA模式时，有时能够接收数据，有时完全没有数据，但如果换成中断模式来接收又能100%正常收到数据。

一复现现象
问题背景
与客户沟通，客户使用的是STM32F2标准库V1.1.0，串口波特率为1.408Mbps，不经过串口RS232，直接连接主CPU和从MCU(STM32F205)的串口发送和接收引脚，如下图所示：

尝试重现问题
由于客户使用的是主从架构，实验采用两块STM3220G-EVAL评估板来重现现象。一块用来不间断发送串口数据，另一块采用串口DMA进行接收，直接通过杜邦线连接串口PIN脚并共地，不使用评估板上的RS232收发器。接收端使用STM32F2xx_StdPeriph_Examples\ USART\USART_TwoBoards的示例代码。代码片段如下：

USART_Config()函数如下：

按如上代码，有如下现象：
1 代码不做修改，若先启动接收端MCU再启动发送端MCU，接收端MCU的串口能正常接收。
2代码不做修改，若先启动发送端MCU再启动接收端MCU，接收端MCU的串口100%接收异常。
3 修改发送端代码，改为发送端MCU串口每1秒间隔发送一次，则无论启动顺序如何，接收端MCU的串口都能正常。

二程序分析
由上述代码可知，程序是先在USART_Config()函数函数内初始化串口并使能，然后再在接下来的main函数的while循环内初始化DMA并使能。这个是标准库内附带的示例代码，咋一看没什么问题，但仔细一想，针对用户的使用场景，这里就会产生一个问题：由于用户的主CPU有可能在从MCU启动之前就已经有可能启动，那么在这种情况下，在初始化完串口并使能后，到DMA使能之前这段时间内，若主CPU向从MCU发送串口数据，从MCU是否能正确接收？

从上述测试代码的结果2可以得出，若在串口初始化并使能后到DMA使能之前有数据来，MCU是不能接收的，经进一步调试，发现此时数据寄存器USART_DR存在一个数据，且在状态寄存器USART_SR中ORE值1，由此可知，串口的接收寄存器中已经接收到一个数据，但是后面的数据又来了，由于数据寄存器中的数据没有及时转移走（此时DMA还没有开启），从而导致后面的数据无法存入，所以产生了上溢错误（ORE），而一旦产生上溢错误后，就无法再触发DAM请求，及时之后再启动DMA也不行，无法触发DMA请求就无法将数据寄存器内的数据及时转移走，如此陷入死锁，这就是串口无**常接收的原因。这时反观一下代码的结果3，这又将做如何解释？

仔细查看测试结果3，发现这个发送端每1秒间隔发送一次，那么就会存在这个一个概率，这个发送的时间点是否刚好在接收端MCU的串口初始化并使能和DMA使能之间还是之后，这个时间窗口非常关键，如果刚好在时间窗，那么串口接收就不正常，如果在这个时间窗之后，串口接收就能正常。由于测试代码采用的是1秒间隔，对于MCU来说这个是非常大的时间长度，还是很小概率能碰中这个时间窗的，因此，测试结果看起来是都能正常，实际严格来说，还是存在刚好碰中的可能。如果间隔时间缩短，那个碰中的几率就增大。由此看来，这也就能解释测试结果3了，也能解释客户提到的有时正常有时不正常的现象了。

三问题处理
处理有两种方法，第一种方法是在使能DMA后，及时将数据寄存器DR中的数据清除掉，如下代码所示：

这里是使用读DR的方法来清除的，从参考手册中也提到使用这种方法来清除ORE标志：

第一种方法类似于一种纠错措施，下面介绍另一种推荐的方法，如下代码所示：

如上所示，可以先使能DMA再使能串口，这样就彻底不存在那个时间窗了，不管数据何时过来能能被DAM及时转走。这个是推荐的解决方法。

四结论
标准库中的示例代码一般来说只供参考，对于大部分情况来说都是能正常工作的，但偶尔也会出现不适用的情况，此时更需要我们针对问题进行思考分析，进一步找到原因才能解决问题。对于串口使用DMA来接收的情况，这里建议一定要先使能DMA，最后使能串口，这样就能避免类似问题出现了。

对应PDF: 串口在DMA模式下有时接收异常
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【实战经验】串口工作在DMA模式下有时接收异常

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