基于Cubemx与HAL库串口DMA收发经验分享

1万 · 2023-4-3 10:20

STM32 DMA简介

DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问， DMA 传输将数据从一个地址空间复制到另外一个地址空间。当 CPU 初始化这个传输动作，传输动作本身是由 DMA 控制器来实行和完成。典型的例子就是移动一个外部内存的区块到芯片内部更快的内存区。像是这样的操作并没有让处理器工作拖延，反而可以被重新排程去处理其他的工作。

DMA 传输对于高效能嵌入式系统算法和网络是很重要的。DMA 传输方式无需 CPU 直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为 RAM 与 I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路，能使 CPU 的效率大为提高。

如图所示，两个 DMA 控制器有 12 个通道（DMA1 有 7 个通道， DMA2有5个通道）。DMA 控制器和 Cortex-M3 核心共享系统数据总线，执行直接存储器数据传输。当 CPU 和 DMA 同时访问相同的目标（RAM 或外设）时， DMA 请求会暂停 CPU 访问系统总线达若干个周期，总线仲裁器执行循环跳读，以保证CPU 至少可以得到一半的系统总线带宽。

DMA 处理

在发送一个事件后，外设向 DMA 发送一个请求信号的箭头。DMA 控制器根据通道的优先权处理请求。当 DMA 需送请求的外设时， DMA 控制器立即发送给它一个应答信号。外号后，立即释放它的请求，同时 DMA 控制器撤销应答信号

仲裁器

一个 DMA 控制器对应 8 个数据流，数据流包含要传输数据的源地址、目标地址、数据等信息。如果我们需要同时使用同一个 DMA 控制器多个外设请求时，那必然需要同时使用多个数据流，其中哪个数据流优先，此时由仲裁器来选定。

仲裁器管理数据流方法分为两个阶段。第一阶段属于软件阶段，我们在配置数据流时可以通过寄存器设定它的优先级别，可以在 DMA_CCRx 寄存器中设置，有最高优先级、高优先级、中等优先级和低优先级四个等级。第二阶段是硬件，如果两个请求有相同的软件优先级，则较低编号的通道比高编号的通道有较高的优先权。例如：通道 2 优先于通道 4。

DMA 通道

每个通道都可以在由固定地址的外设寄存器和存储器之间执行DMA 传输。DMA 的传输数据量是可编程，可以通过 DMA_CCRx 寄存器中的PSIZE 和 MSIZE 位来进行编程，数据量最大可以达到 65535。DMA 的外设繁多，例如 DMA1 控制器，从外设产生 7 个请求，通过逻辑或（例如通道 1 的三个 DMA 请求，这几个是通过逻辑或到通道 1 的，这样我们在同一时间，就只能使用其中的一个）输入到 DMA1 控制器，此时只有一个请求有效。

STM32 的 DMA 有以下一些特性：

●每个通道都直接连接专用的硬件 DMA 请求，每个通道都同样支持软件触发。这些功能通过软件来配置。

● 在七个请求间的优先权可以通过软件编程设置(共有四级：很高、高、中等和低)，假如在相等优先权时由硬件决定(请求 0 优先于请求 1，依此类推) 。

● 独立的源和目标数据区的传输宽度(字节、半字、全字)，模拟打包和拆包的过程。源和目标地址必须按数据传输宽度对齐。

● 支持循环的缓冲器管理

● 每个通道都有 3 个事件标志(DMA 半传输， DMA 传输完成和 DMA 传输出错)，这 3 个事件标志逻辑或成为一个单独的中断请求。

● 存储器和存储器间的传输

● 外设和存储器，存储器和外设的传输

● 闪存、 SRAM、外设的 SRAM、 APB1 APB2 和 AHB 外设均可作为访问的源和目标。

● 可编程的数据传输数目：最大为 65536

STM32串口DMA使用详解

本次我们使用的硬件环境是之前开源的板子，falling-star board，使用串口1。

1万 · 2023-4-3 10:21

cubemx配置

关于时钟配置、串口基本配置请参看：cubemx的正确打开方式一文

接下来直接进入配置串口DMA：

选择串口1，基本参数如图，都是老生常谈了，easy~

选择DMA Settings，主要有一下几个地方，基本上不需要改动，根据自己的使用情况确认即可，需要注意的是，发送和接收并不是一定要成对出现的，可以只选择DMA发送或者DMA接收

中断设置，DMA中断可以配置，可以不配置，同样也是根据自己的实际需求情况，串口中断需要配置，下面会用到，优先级根据自己任务的优先级确定，分好“轻重缓急”即可

配置非常简单，主要是在此前串口功能基础上添加DMA功能，over

1万 · 2023-4-3 10:21

串口DMA代码设计串口DMA源码API介绍

上面提到的配置项，都封装在一个结构体里面

/** @defgroup DMA_Exported_Types DMA Exported Types
* @{
*/
/**
* @brief DMA Configuration Structure definition
*/
typedef struct
{
uint32_t Direction; /*!< Specifies if the data will be transferred from memory to peripheral,
from memory to memory or from peripheral to memory.
This parameter can be a value of @ref DMA_Data_transfer_direction */
uint32_t PeriphInc; /*!< Specifies whether the Peripheral address register should be incremented or not.
This parameter can be a value of @ref DMA_Peripheral_incremented_mode */
uint32_t MemInc; /*!< Specifies whether the memory address register should be incremented or not.
This parameter can be a value of @ref DMA_Memory_incremented_mode */
uint32_t PeriphDataAlignment; /*!< Specifies the Peripheral data width.
This parameter can be a value of @ref DMA_Peripheral_data_size */
uint32_t MemDataAlignment; /*!< Specifies the Memory data width.
This parameter can be a value of @ref DMA_Memory_data_size */
uint32_t Mode; /*!< Specifies the operation mode of the DMAy Channelx.
This parameter can be a value of @ref DMA_mode
@NOTE The circular buffer mode cannot be used if the memory-to-memory
data transfer is configured on the selected Channel */
uint32_t Priority; /*!< Specifies the software priority for the DMAy Channelx.
This parameter can be a value of @ref DMA_Priority_level */
} DMA_InitTypeDef;

复制代码

关于DMA的函数不多，本次用到DMA的初始化，开始发送函数

串口中关于DMA的部分主要有这几个函数，还有一些关于中断、DMA标志等的一些宏定义，就不在一一列举了，需要用的时候大家知道去库函数中去找就可以了

串口DMA初始化部分：

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef* uartHandle)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(uartHandle->Instance==USART1)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 0 */
/* USER CODE END USART1_MspInit 0 */
/* USART1 clock enable */
__HAL_RCC_USART1_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
/**USART1 GPIO Configuration
PA9 ------> USART1_TX
PA10 ------> USART1_RX
*/
GPIO_InitStruct.Pin = User_UART_TX_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(User_UART_TX_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = User_UART_RX_Pin;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(User_UART_RX_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
/* USART1 DMA Init */
/* USART1_TX Init */
hdma_usart1_tx.Instance = DMA1_Channel4;
hdma_usart1_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
hdma_usart1_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_usart1_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_usart1_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_tx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
hdma_usart1_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_tx) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmatx,hdma_usart1_tx);
/* USART1_RX Init */
hdma_usart1_rx.Instance = DMA1_Channel5;
hdma_usart1_rx.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_usart1_rx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_usart1_rx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
hdma_usart1_rx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_rx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
hdma_usart1_rx.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;
hdma_usart1_rx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;
if (HAL_DMA_Init(&hdma_usart1_rx) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
__HAL_LINKDMA(uartHandle,hdmarx,hdma_usart1_rx);
/* USART1 interrupt Init */
HAL_NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(USART1_IRQn);
/* USER CODE BEGIN USART1_MspInit 1 */
/* USER CODE END USART1_MspInit 1 */
}
}

复制代码

DMA发送设计

发送非常简单，都不知道该怎么介绍...发送对应DMA的方向是内存到外设，我们只需要把数据装入相应的内存中，调用发送的API即可：

/******************************************************
* Brief : DMA传输函数
* Parameter :
* *pData: 要传输的数据
* Return : None.
*******************************************************/
void User_uartdma_Transmit(const char *pData)
{
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,(uint8_t *)pData,strlen(pData));
}

复制代码

根据DMA的原理，我们发送的时候是不影响CPU的正常工作的，效果应该类似于操作系统的多任务执行，现在我们只需要在初始化时候打开DMA发送数据，串口助手监控，主函数什么都不干，数据不断在发送

此时如果添加两个LED流水灯，是完全不受发送数据影响的，效果就不放了，相信小飞哥...

不信你看~

发送的是非常简单的，好像这里也没体现出来，使用DMA发送有什么好处，其实在LCD驱动的时候，当有图片等大数据量的数据需要传输的时候，使用DMA是种非常好的方式

1万 · 2023-4-3 10:22

DMA接收设计

聊起串口数据接收，我们最先接触的可能是，中断接收，来一字节进一次中断，通过定时器超时判断一帧数据结束。

但是小伙伴们有没有考虑过一个事情，数据量很大，串口一直进中断，对MCU带来的负荷是非常大的，这种方式就显得不那么美好了。

哲学上讲，矛盾是推动社会进步的源泉，没错，鉴于此种情况，我们换一种方式来处理，DMA+串口空闲中断的方式，我相信，这种方式你一用就会喜欢上~

具体的设计思路是：

1、开启串口1中断

2、开启串口1空闲中断

3、打开串口DMA接收

4、判断空闲中断标志是否置位

5、数据接收完成，主函数打印接收到的数据

先来封装几个函数：

/******************************************************
* Brief : 串口DMA 初始化，初始化除了cubemx配置之外的部分
* Parameter :
* :
* Return : None.
*******************************************************/
void User_uartdma_Init(void)
{
//失能串口DMA传输
HAL_UART_DMAStop(&huart1);
//使能串口1接收中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
//使能串口1空闲中断
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);
//使能串口DMA接收
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,UserUartDma.RxBuffer,Max_RecLen);
}

复制代码

/**
* @brief DMA接收函数
* @param htim TIM Base handle
* @retval HAL status
*/
void User_uartdma_Receive(uint8_t *recData,uint16_t rec_len)
{
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,recData,rec_len);
}

复制代码

主函数：

/**
* @brief This function handles USART1 global interrupt.
*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */
uint32_t idle_flag_temp = 0;
uint16_t len_temp = 0;
/* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
/* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
idle_flag_temp = __HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE);
if(idle_flag_temp)
{
__HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE);
HAL_UART_DMAStop(&huart1);
len_temp = __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
UserUartDma.RecDat_len = Max_RecLen - len_temp;
UserUartDma.rec_endFlag = 1;
}
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_RXNE);
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,UserUartDma.RxBuffer,Max_RecLen);
/* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}

复制代码

演示效果：

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