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GD32F30x系列---串口通信(USART)基础配置(DMA模式)

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3742|19
 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
GD32F30x系列的USART支持DMA功能，但不是所有的都支持，如手册中说明了UART4：
18766651804c49bfde.png

这里使用USART的DMA功能+串口空闲中断进行数据的收发，可以与上一节的串口接收中断收发对比，DMA的原理以及说明这里就不再赘述了，可自行查找资料了解一下。
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:22 | 显示全部楼层
先创建一个usart_dma.c和usart_dma.h文件，并放到对应的文件夹中，如下图所示：
39659651804e10522d.png
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:22 | 显示全部楼层
并将创建好的文件添加到工程中，以及将gd32f30x_dma.c库文件添加到keil项目工程中，如下图所示：
342746518050f586fa.png
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:23 | 显示全部楼层
2、实现串口的初始化以及DMA收发功能—这里以USART2为例
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  1. //usart_dma.c文件
    

  2. #include "usart_dma.h"
    


  3. 

  4. //<<<<<<<<<<<<<<<<宏定义<<<<<<<<<<<<<<<<
    

  5. #define USART_TX_RX_BUFF_LEN         256//DMA缓存数据大小
    

  6. #define USART_DMA_IDLE                        0//DMA状态空闲
    

  7. #define USART_DMA_BUSY                        1//DMA状态忙
    

  8. //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
    

  9. //<<<<<<<<<<<<<<<<结构定义<<<<<<<<<<<<<<<<
    

  10. #pragma pack(1) 
    

  11. typedef struct
    

  12. {
    

  13.         uint8_t dma_tx_buf[USART_TX_RX_BUFF_LEN];//缓存DMA要发送的数据
    

  14.         uint8_t dma_rx_buf[USART_TX_RX_BUFF_LEN];//缓存DMA接收到的数据
    

  15.         uint8_t dma_tx_state;//DMA发送状态
    

  16.         uint8_t dma_rx_state;//DMA接收状态
    

  17. }USART_DataInfo;
    

  18. #pragma pack() 
    

  19. //>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
    

  20. USART_DataInfo g_usart_DataInfo;
    


  21. 

  22. /*
    

  23.         串口初始化，使用DMA模式
    

  24. */
    

  25. void gd32_usart_dma_init(void)
    

  26. {
    

  27.         usart_deinit(USART2);
    

  28.         usart_disable(USART2);
    

  29.         rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
    

  30.         rcu_periph_clock_enable(RCU_USART2);
    

  31.         /* connect port to USARTx_Tx */
    

  32.         gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);
    

  33.         /* connect port to USARTx_Rx */
    

  34.         gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_IPU, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_11);
    

  35.         nvic_irq_enable(USART2_IRQn,1,0);
    

  36.         
    

  37.         usart_interrupt_enable(USART2,USART_INT_IDLE);                //空闲中断
    

  38.         //usart_interrupt_enable(USART2,USART_INT_RBNE);//接收中断
    

  39.         usart_baudrate_set(USART2,38400);//波特率设置
    

  40.         usart_parity_config(USART2,USART_PM_NONE);//校验位设置
    

  41.         usart_word_length_set(USART2,USART_WL_8BIT);//数据位设置
    

  42.         usart_stop_bit_set(USART2,USART_STB_1BIT);//停止位设置
    

  43.         usart_hardware_flow_rts_config(USART2, USART_RTS_DISABLE);//
    

  44.     usart_hardware_flow_cts_config(USART2, USART_CTS_DISABLE);//硬件流控设置
    

  45.         usart_data_first_config(USART2,USART_MSBF_LSB);//发送模式--LSB
    

  46.         usart_transmit_config(USART2,USART_TRANSMIT_ENABLE);//发送使能
    

  47.         usart_receive_config(USART2,USART_RECEIVE_ENABLE);//接收使能
    

  48.         usart_enable(USART2);//使能串口
    

  49.         gd32_usart_dma_tx_init();//DMA发送初始化
    

  50.         gd32_usart_dma_rx_init();//DMA接收初始化
    

  51. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:24 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         USART2 DMA发送初始化
    

  3. */
    

  4. void gd32_usart_dma_tx_init(void)
    

  5. {
    

  6.         dma_parameter_struct dma_init_struct;
    

  7.         /* enable DMA1 */
    

  8.         rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA0);
    

  9.     /* deinitialize DMA channel(USART tx) */
    

  10.     dma_deinit(DMA0, DMA_CH1);
    

  11.         dma_init_struct.periph_addr  = (uint32_t)(&USART_DATA(USART2));
    

  12.     dma_init_struct.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT; 
    

  13.     dma_init_struct.periph_inc   = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
    

  14.     dma_init_struct.memory_addr  = NULL;
    

  15.     dma_init_struct.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
    

  16.     dma_init_struct.memory_inc   = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
    

  17.     dma_init_struct.number       = 0;
    

  18.     dma_init_struct.direction    = DMA_MEMORY_TO_PERIPHERAL;
    

  19.     dma_init_struct.priority     = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;
    

  20.     dma_init(DMA0, DMA_CH1, &dma_init_struct);
    

  21.     //configure DMA mode 
    

  22.     dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH1);
    

  23.         dma_memory_to_memory_disable(DMA0, DMA_CH1);
    

  24.         usart_dma_transmit_config(USART2, USART_DENT_ENABLE);
    

  25.         nvic_irq_enable(DMA0_Channel1_IRQn,2,0);
    

  26.         dma_interrupt_enable(DMA0, DMA_CH1, DMA_INT_FTF|DMA_INT_ERR);
    

  27.         g_usart_DataInfo.dma_tx_state = USART_DMA_IDLE;
    

  28.         return;
    

  29. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:24 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         USART2 DMA接收初始化
    

  3. */
    

  4. void gd32_usart_dma_rx_init(void)
    

  5. {
    

  6.     dma_parameter_struct dma_parameter;
    

  7.         /* enable DMA0 */
    

  8.         rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA0);
    

  9.     /* 接收 dm0 channel5(USART1 rx) */
    

  10.     dma_deinit(DMA0,DMA_CH2);
    

  11.         dma_parameter.periph_addr  = (uint32_t)(&USART_DATA(USART2));
    

  12.     dma_parameter.periph_width = DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT; 
    

  13.     dma_parameter.periph_inc   = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
    

  14.         dma_parameter.memory_addr  = (uint32_t)&g_usart_DataInfo.dma_rx_buf[0];
    

  15.     dma_parameter.memory_width = DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT;
    

  16.     dma_parameter.memory_inc   = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
    

  17.     dma_parameter.number       = USART_TX_RX_BUFF_LEN;
    

  18.     dma_parameter.direction    = DMA_PERIPHERAL_TO_MEMORY;
    

  19.     dma_parameter.priority     = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;        
    

  20.         dma_init(DMA0, DMA_CH2, &dma_parameter);
    

  21.     /* configure DMA mode */
    

  22.     dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH2);
    

  23.         dma_circulation_disable(DMA0, DMA_CH2);
    

  24.         dma_memory_to_memory_disable(DMA0, DMA_CH2);
    


  25. 

  26.         usart_dma_receive_config(USART2, USART_DENR_ENABLE);
    

  27.         nvic_irq_enable(DMA0_Channel2_IRQn, 2, 1);
    

  28.         dma_interrupt_enable(DMA0, DMA_CH2, DMA_INT_FTF|DMA_INT_ERR);
    

  29.         g_usart_DataInfo.dma_rx_state = USART_DMA_BUSY;
    

  30. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:24 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         USART2 DMA发送数据
    

  3. */
    

  4. void gd32_usart_dma_send(uint8_t *p_buff,uint32_t data_len)
    

  5. {
    

  6.         dma_channel_enum dma_channel;
    

  7.         
    

  8.         if(data_len >= USART_TX_RX_BUFF_LEN || USART_DMA_BUSY == g_usart_DataInfo.dma_tx_state)
    

  9.                 return;
    

  10.         memcpy(g_usart_DataInfo.dma_tx_buf, p_buff, data_len);
    

  11.         g_usart_DataInfo.dma_tx_state = USART_DMA_BUSY;
    

  12.         dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH1);
    

  13.         dma_memory_address_config(DMA0, DMA_CH1,(uint32_t)&g_usart_DataInfo.dma_tx_buf[0]);
    

  14.         dma_transfer_number_config(DMA0, DMA_CH1, data_len);
    

  15.         dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH1);
    

  16. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:25 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         USART2 获取DMA接收数据
    

  3. */
    

  4. uint32_t gd32_usart_dma_get_recv_data(uint8_t *recv_buff,uint32_t data_len)
    

  5. {
    

  6.         uint32_t recv_len=0;
    

  7.         if(data_len >= USART_TX_RX_BUFF_LEN || USART_DMA_BUSY == g_usart_DataInfo.dma_rx_state)
    

  8.         {
    

  9.                 return 0;
    

  10.         }
    


  11. 

  12.         recv_len = USART_TX_RX_BUFF_LEN - dma_transfer_number_get(DMA0, DMA_CH2);
    

  13.         if(recv_len > 0)
    

  14.         {
    

  15.                 if(recv_len> data_len)
    

  16.                 {
    

  17.                         recv_len = data_len;
    

  18.                 }
    

  19.                 memcpy(recv_buff, g_usart_DataInfo.dma_rx_buf, recv_len);
    

  20.         }
    

  21.         gd32_usart_dma_rx_init();
    

  22.         return recv_len;
    

  23. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:25 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         串口接收中断函数
    

  3. */
    

  4. void USART2_IRQHandler(void)
    

  5. {
    

  6.         if(usart_interrupt_flag_get(USART2,USART_INT_FLAG_ERR_ORERR) != RESET
    

  7.         ||usart_interrupt_flag_get(USART2,USART_INT_FLAG_ERR_NERR) != RESET
    

  8.         ||usart_interrupt_flag_get(USART2,USART_INT_FLAG_ERR_FERR) != RESET)
    

  9.         {
    

  10.                 usart_interrupt_flag_clear(USART2,USART_INT_FLAG_ERR_ORERR);
    

  11.                 usart_interrupt_flag_clear(USART2,USART_INT_FLAG_ERR_NERR);
    

  12.                 usart_interrupt_flag_clear(USART2,USART_INT_FLAG_ERR_FERR);
    

  13.                 return;
    

  14.         }
    

  15.         if(usart_interrupt_flag_get(USART2,USART_INT_FLAG_IDLE) != RESET
    

  16.         &&        RESET != usart_flag_get(USART2, USART_FLAG_IDLE))
    

  17.         {
    

  18.                 usart_interrupt_flag_clear(USART2,USART_INT_FLAG_IDLE);
    

  19.                 usart_flag_clear(USART2,USART_FLAG_IDLE);
    

  20.                 usart_data_receive(USART2);
    

  21.                 usart_interrupt_disable(USART2, USART_INT_IDLE);
    

  22.                 dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH2);
    

  23.                 g_usart_DataInfo.dma_rx_state = USART_DMA_IDLE;
    

  24.         }
    

  25. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:25 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         USART2 -- DMA发送完成中断
    

  3. */
    

  4. void DMA0_Channel1_IRQHandler(void)
    

  5. {
    

  6.         if(dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH1, DMA_INTF_ERRIF) != RESET)
    

  7.         {
    

  8.                 dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH1, DMA_INTF_ERRIF);
    

  9.         }
    

  10.         if(dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH1, DMA_INT_FLAG_FTF) != RESET)
    

  11.         {
    

  12.                 dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH1, DMA_INT_FLAG_FTF);
    

  13.                 g_usart_DataInfo.dma_tx_state = USART_DMA_IDLE;
    

  14.         }
    

  15. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:26 | 显示全部楼层
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  1. /*
    

  2.         USART2 -- DMA接收完成中断
    

  3. */
    

  4. void DMA0_Channel2_IRQHandler(void)
    

  5. {
    

  6.         if(dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH2, DMA_INTF_ERRIF) != RESET)
    

  7.         {
    

  8.                 dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH2, DMA_INTF_ERRIF);
    

  9.         }
    

  10.         if(dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH2, DMA_INTF_FTFIF) != RESET)
    

  11.         {
    

  12.                 dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH2, DMA_INTF_FTFIF);
    

  13.                 dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH2);
    

  14.         }
    

  15. }
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:26 | 显示全部楼层
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  1. //usart_dma.h文件
    

  2. #ifndef __USART_DMA_H__
    

  3. #define __USART_DMA_H__
    


  4. 

  5. #include "gd32f30x.h"
    

  6. #include "stdio.h"
    

  7. #include "string.h"
    


  8. 

  9. void gd32_usart_dma_init(void);
    

  10. void gd32_usart_dma_tx_init(void);
    

  11. void gd32_usart_dma_rx_init(void);
    

  12. void gd32_usart_dma_send(uint8_t *p_buff,uint32_t data_len);
    

  13. uint32_t gd32_usart_dma_get_recv_data(uint8_t *recv_buff,uint32_t data_len);
    

  14. #endif
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:26 | 显示全部楼层
在main.c文件的main函数中调用串口DMA模式的初始化，并循环调用串口DMA发送，这里循环1S发送字符“1234567890”，连接好硬件板和电脑后，编译下载程序到硬件板中，点击调试运行，如下图所示：
14943651805efa9b68.png
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:27 | 显示全部楼层
点击运行程序，连接好电脑和硬件板的串口，使用串口调试工具查看当前硬件板发送的数据，如下图所示：
9545651806032bbaa.png
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:27 | 显示全部楼层
串口助手每隔1S接收一条1234567890字符，说明程序运行成功；
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:27 | 显示全部楼层
使用串口调试助手发送0x55、0xAA、0x00、0xFF数据到硬件板，设置断点，查看接收到的数据是否正常，如下图所示：
3785365180619e9910.png
程序接收到的数据与串口助手发送的数据一致，程序运行正常。
这里我们可以看到使用串口连续发送4个字节的数据，在串口空闲中断中就能够查看到DMA缓存的4个字节的数据，只需要进一次中断即可，如果是串口接收则每接收一个字节需要中断一次，手动将数据缓存，因此使用DMA模式在串口收发频繁的情况下能够大大的节省CPU的开销。
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:27 | 显示全部楼层
注意：我这里没有调用gd32_usart_dma_get_recv_data(uint8_t *recv_buff,uint32_t data_len)去获取DMA的数据，所以接收完一帧数据后就把DMA关闭了，如果要继续接收的话需要把DMA的数据提取出来重新开启DMA接收才可以，这里就不做处理了。
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:28 | 显示全部楼层
这里在次测试一下使用DMA功能后，用串口连续发送200个字节的数据，查看会占用CPU多少的时间来处理，如下入所示： 221256518063f30969.png
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:28 | 显示全部楼层
1986765180648f2b0e.png
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 楼主| 我爱台妹mmd 发表于 2023-9-30 19:28 | 显示全部楼层
这里可以查看到使用DMA发送数据之前当前的systick为6006，使用DMA发送数据完成后，系统当前的systick仍然是6006，并且串口也接收到硬件板发送过来的数据，说明使用DMA发送数据基本上是不占用CPU的时间的。
与之前的串口中断接收缓存和串口发送相比，在数据量大的情况下DMA模式能够大大的节省CPU的开销。
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