FreeRTOS串口DMA收发不定长数据

基础知识点

DMA

DMA(Direct Memory Access)，即直接内存存储，在一些数据的传输中，如串口、SPI等，采用DMA方式，传输过程不需要CPU参与，可用让CPU有更多的时间处理其他的事情。

STM32F4的DMA通道选择如下：

接下来的程序思路如下：

编程要点

DMA发送

串口DMA发送配置

由于是发送不定长的数据，先不需要配置发送的长度，在每次的发送时，再配置。

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//串口DMA发送配置
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void dma_uart_tx_init()
{
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2时钟使能 
    
    DMA_DeInit(Uart_Tx_DMAStream);//使用----->DMA2_Stream7
    while (DMA_GetCmdStatus(Uart_Tx_DMAStream) != DISABLE){}//等待DMA可配置 

    /* 配置 DMA Stream */
    DMA_InitStructure.DMA_Channel            = DMA_Channel_4;              //通道选择
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&USART1->DR;           //目的：DMA外设地址
    DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr    = (u32)SendBuff;              //源：DMA存储器0地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                = DMA_DIR_MemoryToPeripheral; //方向：存储器到外设模式
    //DMA_InitStructure.DMA_BufferSize       = BUF_SIZE;                   //长度：数据传输量(先不配置)
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc      = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设非增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc          = DMA_MemoryInc_Enable;       //存储器增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据长度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize     = DMA_MemoryDataSize_Byte;    //存储器数据长度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_Mode               = DMA_Mode_Normal;            //使用普通模式 
    DMA_InitStructure.DMA_Priority           = DMA_Priority_Medium;        //DMA优先级：中等优先级
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode           = DMA_FIFOMode_Disable;       //FIFO模式 
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold      = DMA_FIFOThreshold_Full;     //FIFO大小
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst        = DMA_MemoryBurst_Single;     //存储器单次传输
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst    = DMA_PeripheralBurst_Single; //外设单次传输
    DMA_Init(Uart_Tx_DMAStream, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream
    
    //中断配置
    DMA_ITConfig(Uart_Tx_DMAStream,DMA_IT_TC,ENABLE);  //配置DMA发送完成后产生中断
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA2_Stream7_IRQn;//
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=7;//抢占优先级8
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;       //子优先级0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
    
    USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);  //使能串口1的DMA发送
    DMA_Cmd (Uart_Tx_DMAStream,DISABLE);//先不要使能DMA！           
}

DMA发送完成中断

DMA发送完成后，触发DMA发送完成中断，这里可用释放自定义的DMA发送完成信号量，表明下次的DMA传输可用进行。

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//DMA发送完成中断服务程序
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void DMA2_Stream7_IRQHandler(void)
{
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
    //printf("ooooooorn");
    if(DMA_GetITStatus(Uart_Tx_DMAStream,DMA_IT_TCIF7)!= RESET) //检查DMA传输完成中断 DMA_IT_TCIF7
    {
        DMA_ClearITPendingBit(Uart_Tx_DMAStream,DMA_IT_TCIF7); 
        //printf("dma tx okrn");
        if(uartDMATCSemaphore!=NULL)
        {
            //释放二值信号量
            xSemaphoreGiveFromISR(uartDMATCSemaphore,&xHigherPriorityTaskWoken);    //释放DMA传输完成二值信号量
        }
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的话进行一次任务切换
    }
}
 

DMA发送函数接口

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//串口DMA发送函数
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void uart_DMA_send(u8 *str,u16 ndtr)
{
    u8 i;
    u8 *p=str;
    
    while(xSemaphoreTake(uartDMATCSemaphore,2)!=pdTRUE);//获取信号量，等待DMA发送可用
    
    DMA_Cmd(Uart_Tx_DMAStream, DISABLE);                      //关闭DMA传输 
    while (DMA_GetCmdStatus(Uart_Tx_DMAStream) != DISABLE){}    //确保DMA可以被设置  
    DMA_SetCurrDataCounter(Uart_Tx_DMAStream,ndtr);          //数据传输量 
    for(i=0;i;i++)>

DMA接收

串口DMA接收配置

需要配置一个接收地址和一个接收长度，用于DMA接收数据的暂存。

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//串口DMA接收配置
//=======================================
void dma_uart_rx_init()
{
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2时钟使能 
    
    DMA_DeInit(Uart_Rx_DMAStream);//使用----->DMA2_Stream5
    while (DMA_GetCmdStatus(Uart_Rx_DMAStream) != DISABLE){}//等待DMA可配置 

    /* 配置 DMA Stream */
    DMA_InitStructure.DMA_Channel            = DMA_Channel_4;              //通道选择
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&USART1->DR;           //源：DMA外设地址
    DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr    = (u32)ReceiveBuff;           //目的：DMA存储器0地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                = DMA_DIR_PeripheralToMemory; //方向：外设到存储器模式
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize         = BUF_SIZE;                   //长度：数据传输量
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc      = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外设非增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc          = DMA_MemoryInc_Enable;       //存储器增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外设数据长度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize     = DMA_MemoryDataSize_Byte;    //存储器数据长度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_Mode               = DMA_Mode_Normal;            //使用普通模式 
    DMA_InitStructure.DMA_Priority           = DMA_Priority_Medium;        //DMA优先级：中等优先级
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOMode           = DMA_FIFOMode_Disable;       //FIFO模式 
    DMA_InitStructure.DMA_FIFOThreshold      = DMA_FIFOThreshold_Full;     //FIFO大小
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryBurst        = DMA_MemoryBurst_Single;     //存储器单次传输
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst    = DMA_PeripheralBurst_Single; //外设单次传输
    DMA_Init(Uart_Rx_DMAStream, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream
    
    USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);  //使能串口1的DMA接收
    DMA_Cmd (Uart_Rx_DMAStream,ENABLE);//使能          
}

串口空闲中断

串口空闲中断的作用与上一篇介绍的一样，都是在发送完一串字符后被触发，这次由于使用了DMA接收，所以接收的数据在DMA缓冲区，且接收的数据长度可用根DMA接收通道的总长度与剩余长度的差值来计算，将接收的数据复制出来使用即可，同时释放自定义的串口空闲信号量，以便其它任务可用及时获取串口接收到的数据。

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//串口1空闲中断服务程序，用于DMA接收
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void USART1_IRQHandler(void)                    
{
    uint8_t data;//接收数据暂存变量
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
    
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)//空闲中断
    {
        data = USART1->SR;
        data = USART1->DR;
        
        DMA_Cmd(Uart_Rx_DMAStream,DISABLE);//关闭DMA接收
        while (DMA_GetCmdStatus(Uart_Rx_DMAStream) != DISABLE){}    //确保DMA可以被设置 
        rx_cnt = BUF_SIZE - DMA_GetCurrDataCounter(Uart_Rx_DMAStream);//得到真正接收数据个数  
        DMA_SetCurrDataCounter(Uart_Rx_DMAStream,BUF_SIZE);//重新设置接收数据个数    
        //printf("rx_cnt:%drn",rx_cnt);
        memcpy(rxbuf,ReceiveBuff,rx_cnt);//先复制出来，防止下次的数据来了之后将其覆盖
        DMA_ClearFlag(Uart_Rx_DMAStream,DMA_FLAG_TCIF5 | DMA_FLAG_FEIF5 | DMA_FLAG_DMEIF5 | DMA_FLAG_TEIF5 | DMA_FLAG_HTIF5);//这里的各种标志还没搞懂
        DMA_Cmd(Uart_Rx_DMAStream,ENABLE); //开启DMA接收
            
        if(uartRxIDLESemaphore!=NULL)
        {
            //printf("nnnnnnnrn");
            //释放二值信号量
            xSemaphoreGiveFromISR(uartRxIDLESemaphore,&xHigherPriorityTaskWoken);//释放串口空闲中断二值信号量
        }
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的话进行一次任务切换
    }
} 

串口配置与测试任务

串口配置

基础的GPIO配置，以及串口空闲中断配置，并调用上面的串口DMA发送与接收配置。

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//串口配置
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void uart_init(u32 bound)
{
    //GPIO端口设置
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE); //使能GPIOA时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);//使能USART1时钟

    //串口1对应引脚复用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); //GPIOA9复用为USART1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); //GPIOA10复用为USART1

    //USART1端口配置
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10; //GPIOA9与GPIOA10
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF;             //复用功能
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;         //速度50MHz
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;            //推挽复用输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd  = GPIO_PuPd_UP;             //上拉
    GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //初始化PA9，PA10

    //USART1 初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = bound;                         //波特率设置
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;           //字长为8位数据格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;              //一个停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No;               //无奇偶校验位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

    //DMA Config
    dma_uart_tx_init();//串口DMA发送配置
    dma_uart_rx_init();//串口DMA接收配置
    
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);//开启串口空闲中断
    //Usart1 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;       //串口1中断通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=6; //抢占优先级8
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;       //子优先级0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器
    
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1 
}

测试任务

创建DMA发送完成信号量和串口空闲信号量，并先释放DMA发送完成信号量，用于第一次DMA发送时获取信号量。然后测试两条DMA发送不定长字符串，最后测试DMA接收不定长字符串。

//打印任务函数(测试任务)
void print_task(void *pvParameters)
{
    //创建二值信号量
    uartDMATCSemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
    uartRxIDLESemaphore = xSemaphoreCreateBinary();
    xSemaphoreGive(uartDMATCSemaphore);
    
    u8 str1[]="ma nong ai xue xirn";
    uart_DMA_send(str1,sizeof(str1));
    
    u8 str2[]="xxpcb.github.iorn";
    uart_DMA_send(str2,sizeof(str2));
    
    BaseType_t err = pdFALSE;
    while(1)
    {
        err=xSemaphoreTake(uartRxIDLESemaphore,5);  //获取信号量
        if(err==pdTRUE)                         //获取信号量成功
        {  
            uart_DMA_send("receive:",sizeof("receive:"));
            uart_DMA_send(rxbuf,rx_cnt);
            uart_DMA_send("rn",sizeof("rn"));
            
            rx_cnt=0;
        }
    }
}

实验结果

通过串口助手，可以先接收到DMA发送的两个字符串（第一条hello是测试串口的，不是DMA发的），然后通过串口调试助手发送两次nice to meet you，测试DMA接收。

hello
ma nong ai xue xi
xxpcb.github.io
receive:nice to meet you
receive:nice to meet you

审核编辑：汤梓红