高效，可靠，安全的串口通訊開源方案

大家好，我是小麥。

在嵌入式開發中，經常會用到串口通訊。面對不同應用場景，需要不同的方案。

今天我們來講一下高效，可靠，安全的方案，記得看到最后，會有收獲。

常見的有串口輪詢模式，串口中斷模式，串口DMA接收傳輸等等；

利用串口的空閑中斷配合DMA的環形緩沖區模式，可以高效接收不固定長度的消息報文

下圖中經過黃色的高電平時間空閑之后，就會產生一個空閑事件，IDLE EVENT

空閑信號

因為DMA功能有HC和TC中斷；

• HC  （Harf Complete）DMA傳輸一半成功標志；
• TC   (Total Complete)  DMA傳輸完成成功標志；

舉個例子；

如下圖所示，這里分配了一個DMA緩沖區，大小是12字節，如果從地址1開始接收，會出現以下這兩種情況；

• DMA接收到第6個字節的時候，會觸發HC事件；
• DMA接收到第12個字節的時候，會觸發TC事件；

HC TC

這個思路其實我之前也有實踐過，但是沒有很好地利用HC和TC事件。

所以無法處理這種情況，即DMA緩沖區處于環形模式（Circular）的時候，數據覆蓋的問題，最近看到了一個非常棒的開源項目，這里的思路非常不錯，下面會詳細介紹。

下面是DMA HC/DMA TC/Idle組合進行串口接收的細節，如下圖所示；

來自原項目

再次簡單介紹一下縮略詞的含義；

• R 讀取；
• W 寫入；
• I 空閑信號；
• HT Half-Transfer complete DMA緩沖區半傳輸完成；
• TC Transfer-Complete DMA緩沖區全部接收完成；

這里簡單介紹一下情況E的解決方案，上面圖片最右邊小圖；

• 緩沖區大小20格，這里假設20字節，情況E需要接收30個字節，也就是說，10字節可能會被覆蓋；

• 經過前面的四次接收后，串口繼續從字母R處接收數據至DMA緩沖區；

• 接收4字節時，會觸發TC事件，這時候可以將4字節數據處理；

  第一步

• 因為是環形模式，所以回到第一個字節處，繼續接收10字節，觸發HT事件，這時候可以處理10字節數據；

  第二步

• 第三步，繼續接收10字節，觸發TC事件，其中，已經有4字節被覆蓋（下圖橙色所示），因為之前這部分數據已經處理了，所以，即使覆蓋也不影響；

  第三步

• 第四步，上述已經接收了24個字節，所以還有6個字節沒有接收，后面接收會產生空閑信號，并對之前的數據區域進行覆蓋，如下圖示所示；

所以，不難發現，如果只使用空閑中斷，如果需要接收的數據長度大于緩沖區，就會出現數據覆蓋的情況，而加上DMA的HT和TC中斷，就完美解決了這樣的問題；

當然除了這些，還有很多優秀的方案，這個項目提供大量的例子。

項目地址：https://github.com/MaJerle/stm32-usart-uart-dma-rx-tx

項目主頁

目前這個項目主要支持主流的STM32芯片平臺和一些開發板上的測試DEMO，具體如下所示；

支持平臺

相應的例子程序如下所示，除了裸機程序，還有環形緩沖區接收，輪詢接收，DMA+空閑中斷基于RTOS的模式接收，挺豐富的，可以參考一下；

例子程序

作者在 STM32F413-Nucleo 開發板進行程序的測試，發現優化效果很不錯；

在115200的串口波特率下，每秒發送1581個字節，大約142ms;

• 不使用DMA，CPU負載14%；
• 使用DMA，CPU負載0%；

最后，這個項目目前是基于STM32CubeIDE創建的，記得搭建一下環境。如果無法下載，公眾號后臺回復【高效串口】獲取項目代碼。

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