GD32F4單片機(jī)實(shí)現(xiàn)接收超時(shí)中斷+DMA實(shí)現(xiàn)串口的不定長(zhǎng)接收和DMA發(fā)送

1、通常的實(shí)現(xiàn)方式介紹

1. 環(huán)形緩沖區(qū)+定時(shí)器超時(shí)中斷的方式
   • 設(shè)備任務(wù)比較繁重時(shí)，使用中斷接收可能會(huì)丟失數(shù)據(jù)。尤其是在長(zhǎng)時(shí)間關(guān)閉中斷或者串口中斷優(yōu)先級(jí)不高時(shí)
   • 頻繁進(jìn)出中斷。在使用 RTOS 的系統(tǒng)中，每收到一個(gè)數(shù)據(jù)就會(huì)進(jìn)行一次任務(wù)到中斷的切換和中斷到任務(wù)的切換
   • 環(huán)形緩沖區(qū)可以接收多幀數(shù)據(jù)
   • 數(shù)據(jù)幀超時(shí)間隔可以設(shè)置
   • 優(yōu)點(diǎn)
   • 缺點(diǎn)
2. 使用串口接收空閑中斷+DMA 的方式

• 空閑中斷的時(shí)間對(duì)于同一個(gè)波特率來(lái)說(shuō)是固定的，但某些時(shí)候 1 個(gè)字節(jié)的接收時(shí)間太短，不能作為數(shù)據(jù)幀接收完成的標(biāo)志
• 不會(huì)頻繁在任務(wù)和中斷之間切換，效率會(huì)更高
• 一般不會(huì)丟失數(shù)據(jù)
• 優(yōu)點(diǎn)
• 缺點(diǎn)

2、接收超時(shí)中斷的相關(guān)內(nèi)容

GD32F4 系列的單片機(jī)串口除了空閑中斷外，還有可配置時(shí)間的接收超時(shí)中斷（STM32F4 系列沒(méi)有此中斷、STM32L4 系列有），使能配置在USART_CTL3寄存器的 RTIE ，如下圖

USART_CTL3寄存器

接收超時(shí)標(biāo)志在USART_STAT1寄存器的 RTF ，如下圖

USART_STAT1寄存器

超時(shí)時(shí)間在USART_RT寄存器中**RT[23:0]**配置，如下圖

USART_RT寄存器

其中RT為24位，單位是波特率的位時(shí)間，即 bps。舉個(gè)例子，如果串口的參數(shù)配置位 8-N-1（一個(gè)開始位、8 個(gè)數(shù)據(jù)位、沒(méi)有奇偶校驗(yàn)位、一個(gè)停止位），即一個(gè)字節(jié)的傳輸需要 10 個(gè)波特率的比特位，RT 設(shè)置為 100，則表示 10（100/10）個(gè)字節(jié)的傳輸超時(shí)時(shí)間。

3、接收超時(shí)中斷+DMA 實(shí)現(xiàn)

示例中用到了 串口 2 、DMA0的 通道 1 （串口 2 的 DMA 接收）和 通道 3 （串口 2 的 DMA 發(fā)送），串口 2 的Tx為 PB10 、Rx為 PB11 。

• 串口接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)

  #define BLE_UART USART2      ///< 串口2
  #define RX_SERIAL_BUF_SIZE 256    ///< 串口2的接收緩沖區(qū)大小
  static char recv_buf[RX_SERIAL_BUF_SIZE]; ///< receive buffer
  static uint8_t uart2_rx_state = 0;   ///< 串口接收完成標(biāo)志。1表示接收完成
  static uint8_t uart2_tx_state = 0;   ///< 串口DMA發(fā)送完成標(biāo)志。1表示發(fā)送完成
  static uint16_t uart2_rx_len = 0;   ///< 串口實(shí)際接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
  

• 串口中斷處理函數(shù)

  /**
    * @brief uart2的中斷處理函數(shù)
    *  只關(guān)心接收超時(shí)中斷
    *
    * @retval void
    *
    * @note
    */
  void USART2_IRQHandler(void)
  {
   /* UART接收超時(shí)中斷 */
   if ((usart_interrupt_flag_get(BLE_UART, USART_INT_FLAG_RT) != RESET) &&
           (usart_flag_get(BLE_UART, USART_FLAG_RT) != RESET))
   {
    /* disable DMA and reconfigure */
    dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH1); //關(guān)閉DMA,在沒(méi)有讀取該接收幀數(shù)據(jù)之前禁止DMA再接收數(shù)據(jù)
    dma_flag_clear(DMA0, DMA_CH1, DMA_FLAG_FTF);  // 清除DMA傳輸完成標(biāo)志位
  
    /* Clear receiver timeout flag */
  //  usart_flag_clear(BLE_UART, USART_FLAG_RT);
    usart_interrupt_flag_clear(BLE_UART,USART_INT_FLAG_RT);
    usart_data_receive(BLE_UART); /* 清除接收完成標(biāo)志位 */
  
    // 設(shè)置接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
    uart2_rx_len = get_uart2_dma_recv_data_size();
  
    /* 接收超時(shí)后，說(shuō)明一幀數(shù)據(jù)接收完畢，置接收完成標(biāo)志 */
    uart2_rx_state = 1;
   }
  }
  

• DMA0_Channel1 傳輸完成中斷（用于串口的接收完成），正常情況下，此中斷不會(huì)發(fā)生。

  /**
    * @brief DMA0_Channel1傳輸完成中斷
    *  用于串口DMA接收
    *
    * @retval void
    *
    * @note 因用到了串口的接收超時(shí)中斷方式，正常情況下，串口的DMA接收完成不會(huì)發(fā)生
    */
  void DMA0_Channel1_IRQHandler(void)
  {
   if(dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH1, DMA_INT_FLAG_FTF))
   {
       dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH1, DMA_INT_FLAG_FTF);
   // uart2_rx_state = 1;
    dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH1);  // 關(guān)閉DMA接收傳輸
   }
  }
  

• DMA0_Channel3 傳輸完成中斷（用于串口的發(fā)送完成）

  /**
    * @brief DMA0_Channel3傳輸完成中斷
    *  用于BLE模塊的串口DMA發(fā)送
    *
    * @retval void
    *
    * @note
    */
  void DMA0_Channel3_IRQHandler(void)
  {
   if(dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH3, DMA_INT_FLAG_FTF))
   {
       dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH3, DMA_INT_FLAG_FTF);
    uart2_tx_state = 1;
    dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH3);  // 關(guān)閉DMA發(fā)送傳輸
      }
  }
  

• 獲取 uart2 串口 DMA 接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度

  /**
    * @brief 獲取uart2串口DMA接收的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度.
    *
    * @retval void
    *
    * @note
    */
  static unsigned int get_uart2_dma_recv_data_size(void)
  {
      /*
      dma_transfer_number_get(DMA_CH2);是獲取當(dāng)前指針計(jì)數(shù)值，
      用內(nèi)存緩沖區(qū)大小 - 此計(jì)數(shù)值 = 接收到的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（這里單位為字節(jié)）。
      需要說(shuō)明下在讀取數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的時(shí)候需要先把接收DMA關(guān)閉，讀取完了或者是數(shù)據(jù)處理完了在打開接收DMA，防止在處理的過(guò)程中有數(shù)據(jù)到來(lái)而出錯(cuò)。
      */
      return (RT_SERIAL_RB_BUFSZ - (dma_transfer_number_get(DMA0, DMA_CH1)));
  }
  

• uart2 串口初始化

  /**
    * @brief uart2串口初始化.
    *   串口接收通過(guò)DMA+接收超時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)，設(shè)置的超時(shí)時(shí)間為100個(gè)bps
    *
    * @param baudrate 串口波特率
    *
    * @retval void
    *
    * @note
    */
  static void uart2_init(uint32_t baudrate)
  {
   /*uart dma rx and tx set*/
   dma_single_data_parameter_struct dma_init_uart;
  
   /***************************** 配置uart2的gpio *****************************/
   /* enable GPIO clock */
   rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
   /* connect port to USARTx_Tx */
   gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_10);
   /* connect port to USARTx_Rx */
   gpio_af_set(GPIOB, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_11);
   /* configure USART Tx as alternate function push-pull */
   gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_10);
   gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_10);
   /* configure USART Rx as alternate function push-pull */
   gpio_mode_set(GPIOB, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_11);
   gpio_output_options_set(GPIOB, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_11);
  
   /***************************** 配置uart2的參數(shù) *****************************/
   /* enable USART clock */
   rcu_periph_clock_enable(RCU_USART2);
   /* USART configure */
   usart_deinit(BLE_UART);
   usart_oversample_config(BLE_UART, USART_OVSMOD_8);
   usart_baudrate_set(BLE_UART, baudrate); // 波特率
   usart_parity_config(BLE_UART, USART_PM_NONE); // 校驗(yàn)位:NONE
   usart_word_length_set(BLE_UART, USART_WL_8BIT); // 數(shù)據(jù)位:8
   usart_stop_bit_set(BLE_UART, USART_STB_1BIT); // 停止位:1
   usart_receive_config(BLE_UART, USART_RECEIVE_ENABLE); // 打開串口接收功能
   usart_transmit_config(BLE_UART, USART_TRANSMIT_ENABLE); // 打開串口發(fā)送功能
   // 接收超時(shí)設(shè)置，100個(gè)波特率的比特位
   usart_receiver_timeout_threshold_config(BLE_UART, 100);
   usart_interrupt_enable(BLE_UART, USART_INT_RT);
   usart_receiver_timeout_enable(BLE_UART);
   /* USART interrupt configuration */
   nvic_irq_enable(USART2_IRQn, 0, 1);
   usart_enable(BLE_UART);
   usart_dma_receive_config(BLE_UART, USART_DENR_ENABLE); // 使能DMA接收功能
   usart_dma_transmit_config(BLE_UART, USART_DENT_ENABLE); // 使能DMA發(fā)送功能
  
   /***************************** 配置uart2的DMA接收 ****************************/
   /* enable DMA0 */
   rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA0);
   /* deinitialize DMA channel */
   dma_deinit(DMA0, DMA_CH1);
   dma_init_uart.direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
   dma_init_uart.memory0_addr = (uint32_t)(recv_buf); // 存儲(chǔ)器地址
   dma_init_uart.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE;
   dma_init_uart.periph_memory_width = DMA_PERIPH_WIDTH_8BIT;
   dma_init_uart.number = sizeof(recv_buf);
   dma_init_uart.periph_addr = (uint32_t)&USART_DATA(BLE_UART);
   dma_init_uart.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE;
   dma_init_uart.priority = DMA_PRIORITY_ULTRA_HIGH;
   dma_init_uart.circular_mode = DMA_CIRCULAR_MODE_DISABLE;
   dma_single_data_mode_init(DMA0, DMA_CH1, &dma_init_uart);
   dma_channel_subperipheral_select(DMA0, DMA_CH1, DMA_SUBPERI4);
  
      uart2_rx_state = 0;
      uart2_rx_len = 0;
  
   //使能通道
   dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH1);
  
   /***************************** 配置uart2的DMA發(fā)送 ***************************/
   /* deinitialize DMA channel */
   dma_deinit(DMA0, DMA_CH3);
   dma_init_uart.direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
   dma_init_uart.memory0_addr = RT_NULL;  // 內(nèi)存基地址
   dma_init_uart.number = 0;  // len個(gè)數(shù)據(jù)
   dma_single_data_mode_init(DMA0, DMA_CH3, &dma_init_uart);
   dma_channel_subperipheral_select(DMA0, DMA_CH3, DMA_SUBPERI4);
  
  // nvic_irq_enable(DMA0_Channel3_IRQn, 0, 2);
  
   uart2_tx_state = 0;
  
   return;
  }
  

• 重新配置 uart2 串口的 DMA 接收通道

  /**
    * @brief 重新配置uart2串口的DMA接收通道
    *
    * @retval void
    *
    * @note
    */
  static void uart2_dma_rx_refcg(void)
  {
   /* disable DMA and reconfigure */
   dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH1); //關(guān)閉DMA,在沒(méi)有讀取該接收幀數(shù)據(jù)之前禁止DMA再接收數(shù)據(jù)
  // DMA_INTC0(DMA0) |= DMA_FLAG_ADD(DMA_CHINTF_RESET_VALUE, DMA_CH1);
  
   dma_memory_address_config(DMA0, DMA_CH1, DMA_MEMORY_0, (uint32_t)(recv_buf)); // 存儲(chǔ)器地址
   dma_transfer_number_config(DMA0, DMA_CH1, sizeof(recv_buf););
  
      uart2_rx_state = 0;
   uart2_rx_len = 0;
  
   // 使能通道
   dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH1);
  }
  

• DMA 串口發(fā)送
  串口發(fā)送使用 DMA 方式時(shí)，直接調(diào)用 uart2_sendData_DMA 函數(shù)即可。等待發(fā)送完成時(shí)，可以通過(guò)等待(uart2_tx_state == 1)實(shí)現(xiàn)，或者等待 DMA0 通道 3 的 DMA_FLAG_FTF 置位實(shí)現(xiàn)，或者使用 RTOS 的信號(hào)量實(shí)現(xiàn)

  /**
    * @brief BLE模塊的DMA串口發(fā)送.
    *
    *
    * @param data 發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址
    * @param len 發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
    *
    * @retval void
    *
    * @note
    */
  void uart2_sendData_DMA(uint8_t *data, uint32_t len)
  {
   /* disable DMA and reconfigure */
   dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH3);
   dma_flag_clear(DMA0, DMA_CH3, DMA_FLAG_FTF);  // 清除DMA傳輸完成標(biāo)志位
  
   dma_memory_address_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_MEMORY_0, (uint32_t)(data)); // 存儲(chǔ)器地址
   dma_transfer_number_config(DMA0, DMA_CH3, len);
  
  // /* enable DMA0 channel3 transfer complete interrupt */
  // dma_interrupt_enable(DMA0, DMA_CH3, DMA_CHXCTL_FTFIE);
  // uart2_tx_state = 0;
   dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH3);  // 使能DMA傳輸
  
   // 等待傳輸完成
   while(dma_flag_get(DMA0, DMA_CH3, DMA_FLAG_FTF) == RESET)
   {}
  
  // // 等待傳輸完成
  // while(uart2_tx_state == 0);
  
  // printf("uart2_sendData_DMA complete");
  }
  

• 接收處理任務(wù)

  /**
    * @brief  main函數(shù)
    * @param  argc
    * @param  argv
    * @note   等待接收數(shù)據(jù)完成，然后做相應(yīng)的處理
    * @retval None
    */
  int main(char argc, char *argv[])
  {
   uart2_init(115200);
  
      while (1)
      {
          // 接收完成一幀數(shù)據(jù)
          if(uart2_rx_state == 1)
          {
              // 數(shù)據(jù)處理
              ... ...
  
              // 處理完成后，重新啟動(dòng)串口的DMA接收
              uart2_dma_rx_refcg();
          }
  
          // 其他處理
          ... ...
      }
  }