高效，可靠，安全的串口通讯开源方案

Posted 2022-05-24 小麦大叔

大家好，我是小麦。

在嵌入式开发中，经常会用到串口通讯。面对不同应用场景，需要不同的方案。

今天我们来讲一下高效，可靠，安全的方案，记得看到最后，会有收获。

常见的有串口轮询模式，串口中断模式，串口DMA接收传输等等；

利用串口的空闲中断配合DMA的环形缓冲区模式，可以高效接收不固定长度的消息报文

下图中经过黄色的高电平时间空闲之后，就会产生一个空闲事件，IDLE EVENT

空闲信号

因为DMA功能有HC和TC中断；

• HC  （Harf Complete）DMA传输一半成功标志；

• TC   (Total Complete)  DMA传输完成成功标志；

举个例子；

如下图所示，这里分配了一个DMA缓冲区，大小是12字节，如果从地址1开始接收，会出现以下这两种情况；

• DMA接收到第6个字节的时候，会触发HC事件；

• DMA接收到第12个字节的时候，会触发TC事件；

HC TC

这个思路其实我之前也有实践过，但是没有很好地利用HC和TC事件。

所以无法处理这种情况，即DMA缓冲区处于环形模式（Circular）的时候，数据覆盖的问题，最近看到了一个非常棒的开源项目，这里的思路非常不错，下面会详细介绍。

下面是DMA HC/DMA TC/Idle组合进行串口接收的细节，如下图所示；

来自原项目

再次简单介绍一下缩略词的含义；

• R 读取；

• W 写入；

• I 空闲信号；

• HT Half-Transfer complete DMA缓冲区半传输完成；

• TC Transfer-Complete DMA缓冲区全部接收完成；

这里简单介绍一下情况E的解决方案，上面图片最右边小图；

• 缓冲区大小20格，这里假设20字节，情况E需要接收30个字节，也就是说，10字节可能会被覆盖；

• 经过前面的四次接收后，串口继续从字母R处接收数据至DMA缓冲区；

• 接收4字节时，会触发TC事件，这时候可以将4字节数据处理；

  
  第一步

• 因为是环形模式，所以回到第一个字节处，继续接收10字节，触发HT事件，这时候可以处理10字节数据；

  
  第二步

• 第三步，继续接收10字节，触发TC事件，其中，已经有4字节被覆盖（下图橙色所示），因为之前这部分数据已经处理了，所以，即使覆盖也不影响；

  
  第三步

• 第四步，上述已经接收了24个字节，所以还有6个字节没有接收，后面接收会产生空闲信号，并对之前的数据区域进行覆盖，如下图示所示；

所以，不难发现，如果只使用空闲中断，如果需要接收的数据长度大于缓冲区，就会出现数据覆盖的情况，而加上DMA的HT和TC中断，就完美解决了这样的问题；

当然除了这些，还有很多优秀的方案，这个项目提供大量的例子。

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

项目主页

目前这个项目主要支持主流的STM32芯片平台和一些开发板上的测试DEMO，具体如下所示；

支持平台

相应的例子程序如下所示，除了裸机程序，还有环形缓冲区接收，轮询接收，DMA+空闲中断基于RTOS的模式接收，挺丰富的，可以参考一下；

例子程序

作者在 STM32F413-Nucleo 开发板进行程序的测试，发现优化效果很不错；

在115200的串口波特率下，每秒发送1581个字节，大约142ms;

• 不使用DMA，CPU负载14%；

• 使用DMA，CPU负载0%；

最后，这个项目目前是基于STM32CubeIDE创建的，记得搭建一下环境。如果无法下载，公众号后台回复【高效串口】获取项目代码。

Enjoy  : )

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