串口DMA方式发送&接收

串口DMA方式收发

笔者使用的是STM32F407VET6，共包含6路串口，页尾处程序已将全部串口的DMA收发配置完成，本文仅以串口1为例进行讲解。（查看代码可直接跳至第二节或页尾处下载）

1 STM32F4 DMA  简介

DMA，全称为：Direct Memory Access，即直接存储器访问。DMA 传输方式无需 CPU 直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为 RAM 与 I/O 设备开辟一条直接传送数据的通路，能使 CPU 的效率大为提高。

STM32F4 最多有 2 个 DMA 控制器（DMA1 和 DMA2），共 16 个数据流（每个控制器 8 个），每一个 DMA 控制器都用于管理一个或多个外设的存储器访问请求。每个数据流总共可以有多达 8个通道（或称请求）。每个数据流通道都有一个仲裁器，用于处理 DMA 请求间的优先级。

它可以处理一下事务：

外设到储存器的传输

储存器到外设的传输

储存器到储存器的传输

注意：DMA1 控制器 AHB 外设端口与 DMA2 控制器的情况不同，不连接到总线矩阵，因此，仅 DMA2 数据流能够执行存储器到

存储器的传输。

其中，数据流的多通道选择，是通过 DMA_SxCR 寄存器控制的，如图1所示：

图1 通道选择

上图可以看出，DMA_SxCR 控制数据流到底使用哪一个通道，每个数据流有 8 个通道可供选择，但每次只能选择其中一个通道进行 DMA 传输，DMA2 的各数据流通道映射表，如表 1 所示

表1 DMA2数据流映射表

上表就列出了 DMA2 所有可能的选择情况，来总共 64 种组合，比如本章我们要实现串口1的 DMA 发送，即USART1_TX，就必须选择 DMA2 的数据流 7，通道 4，来进行 DMA 传输。这里注意一下，有的外设（比如 USART1_RX）可能有多个通道可以选择，随意选择一个就可以。

重要寄存器简介

（1） DMA 中断状态寄存器

该寄存器总共有 2 个：DMA_LISR 和 DMA_HISR，每个寄存器管理 4 数据流（总共 8 个），DMA_LISR 寄存器用于管理数据流 0~3，而 DMA_HISR 用于管理数据流 4~7。如果开启了 DMA_LISR 中这些位对应的中断，则在达到条件后就会跳到中断服务函数里面去，即使没开启，也可以通过查询这些位来获得当前 DMA 传输的状态。这里常用的是 TCIFx位，即数据流 x 的 DMA 传输完成与否标志。

注意：此寄存器为只读寄存器，所以在这些位被置位之后，只能通过【中断标志清除寄存器】来清除。

（2）DMA 中断标志清除寄存器

该寄存器同样有 2 个：DMA_LIFCR 和 DMA_HIFCR，同样是每个寄存器控制 4 个数据流。该寄存器为只写寄存器，其各位就是用来清除 【中断状态寄存器】的对应位的，通过写 1 清除。

（3） DMA 数据流 x 配置寄存器（DMA_SxCR）

该寄存器控制着 DMA 的很多相关信息，包括数据宽度、外设及存储器的宽度、优先级、增量模式、传输方向、中断允许、使能等都是通过该寄存器来设置的。所以 DMA_ SxCR 是 DMA 传输的核心控制寄存器。

（4）DMA 数据流 x 数据项数寄存器（DMA_SxNDTR）

这个寄存器控制 DMA 数据流 x 的每次传输所要传输的数据量。其设置范围为 0~65535。并且该寄存器的值会随着传输的进行而减少，当该寄存器的值为 0 的时候就代表此次数据传输已经全部发送完成了。所以可以通过这个寄存器的值来知道当前DMA 传输的进度。

注意：这里是数据项数目，而不是指的字节数。比如设置数据位宽为 16 位，那么传输一次（一个项）就是 2 个字节

（5）DMA 数据流 x 的外设地址寄存器（DMA_SxPAR）

该寄存器用来存储 STM32F4 外设的地址，比如使用串口 1，那么该寄存器必须写入 0x40011004（其实就是&USART1_DR）。

（6） DMA 数据流 x 的存储器地址寄存器

由于 STM32F4 的 DMA 支持双缓存，所以存储器地址寄存器有两个：DMA_SxM0AR 和 DMA_SxM1AR，其中 DMA_SxM1AR 仅在双缓冲模式下，才有效。比如使用 USART1_TX_BUF[USART_LEN] 数组来做存储器，那么在DMA_SxM0AR 中写入 &USART1_TX_BUF 就可以了。

2 收发配置

2.1串口配置（使能DMA收发）

重点：使能串口1的接收、发送和串口1的DMA接收、发送并使能串口1的空闲中断

/*------------------------------------------------

* 函数名：void Init_USART1(u32 pclk2,u32 bound)

* 功  能：初始化IO 串口1

* 参  数：pclk2: PCLK2时钟频率(Mhz)

      bound: 波特率 

* 返回值： 无

------------------------------------------------*/

void Init_USART1(u32 pclk2,u32 bound)

{   

float temp;

u16 mantissa;

u16 fraction;    

temp=(float)(pclk2*1000000)/(bound*16);//得到USARTDIV@OVER8=0

mantissa=temp; //得到整数部分

fraction=(temp-mantissa)*16; //得到小数部分@OVER8=0 

        mantissa<<=4;

mantissa+=fraction; 

RCC->AHB1ENR|=1<<0;    //使能PORTA口时钟  

RCC->APB2ENR|=1<<4;  //使能串口1时钟 

GPIO_Set(GPIOA,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_50M,GPIO_PUPD_PU);//PA9,PA10,复用功能,上拉输出

  GPIO_AF_Set(GPIOA,9,7); //PA9,AF7

GPIO_AF_Set(GPIOA,10,7);//PA10,AF7     

//波特率设置

  USART1->BRR=mantissa; //波特率设置  

USART1->CR1&=~(1<<15); //设置OVER8=0 

USART1->CR1|=1<<3;  //串口发送使能 

USART1->CR3|=1<<7;      //使能串口1的DMA发送

#if EN_USART1_RX   //如果使能了接收

USART1->CR1|=1<<2;  //串口接收使能

USART1->CR3|=1<<6;      //使能串口1的DMA接收  

USART1->CR1|=1<<4;    //使能空闲中断    

MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//组2，最低优先级 

#endif

USART1->CR1|=1<<13;  //串口使能

}

2.2两个变量

发送和接收的数据都将以如下两个变量为指定储存器。

#define USART_LEN  50  //定义最大接收字节数 50

u8 USART1_TX_BUF[USART_LEN];

u8 USART1_RX_BUF[USART_LEN];

2.3 DMA配置

（1）使能DMA2时钟，并等待数据流可配置 。

（2）设置外设地址

（3）设置储存器地址

（4）设置传输数据量

（5）设置数据流7的配置信息

（6）开启数据流7的传输完成中断

/*------------------------------------------------

* 函数名：void MYDMA_Config(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx,u8 chx,u32 par,u32 mar,u16 ndtr,u8 dir)

* 功  能：配置DMA

* 参  数：DMA_Streamx: DMA数据流（DMA1_Stream0~7/DMA2_Stream0~7）

     chx: DMA通道选择（范围:0~7）

     par: 外设地址

mar: 存储器地址

ndtr: 数据传输量

dir： 数据传输方向（DMA_DIR_PeripheralToMemory / DMA_DIR_MemoryToPeripheral / DMA_DIR_MemoryToMemory）

* 返回值： 无

------------------------------------------------*/

void MYDMA_Config(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx,u8 chx,u32 par,u32 mar,u16 ndtr,u8 dir)

{ 

DMA_TypeDef *DMAx;

u8 streamx;

if((u32)DMA_Streamx>(u32)DMA2)//得到当前stream是属于DMA2还是DMA1

{

DMAx=DMA2;

RCC->AHB1ENR|=1<<22;//DMA2时钟使能 

}else 

{

DMAx=DMA1; 

  RCC->AHB1ENR|=1<<21;//DMA1时钟使能 

}

while(DMA_Streamx->CR&0X01);//等待DMA可配置 

streamx=(((u32)DMA_Streamx-(u32)DMAx)-0X10)/0X18; //得到stream通道号

  if(streamx>=6)DMAx->HIFCR|=0X3D<<(6*(streamx-6)+16); //清空之前该stream上的所有中断标志

else if(streamx>=4)DMAx->HIFCR|=0X3D<<6*(streamx-4);    //清空之前该stream上的所有中断标志

else if(streamx>=2)DMAx->LIFCR|=0X3D<<(6*(streamx-2)+16);//清空之前该stream上的所有中断标志

else DMAx->LIFCR|=0X3D<<6*streamx; //清空之前该stream上的所有中断标志

DMA_Streamx->PAR=par; //DMA外设地址

DMA_Streamx->M0AR=mar; //DMA存储器0地址

DMA_Streamx->NDTR=ndtr; //n个数据项

DMA_Streamx->CR=0; //先全部复位CR寄存器值 

switch(dir)

{

case DMA_DIR_PeripheralToMemory: //外设到存储器模式

DMA_Streamx->CR&=~(1<<6);

DMA_Streamx->CR&=~(1<<7);

break;

case DMA_DIR_MemoryToPeripheral: 

DMA_Streamx->CR|=1<<6;

DMA_Streamx->CR&=~(1<<7);

break;

case DMA_DIR_MemoryToMemory: 

DMA_Streamx->CR&=~(1<<6);

DMA_Streamx->CR|=1<<7;

break;

default:break;

}

DMA_Streamx->CR|=0<<8; //非循环模式(即使用普通模式)

DMA_Streamx->CR|=0<<9; //外设非增量模式

DMA_Streamx->CR|=1<<10; //存储器增量模式

DMA_Streamx->CR|=0<<11; //外设数据长度:8位

DMA_Streamx->CR|=0<<13; //存储器数据长度:8位

DMA_Streamx->CR|=1<<16; //中等优先级

DMA_Streamx->CR|=0<<21; //外设突发单次传输

DMA_Streamx->CR|=0<<23; //存储器突发单次传输

DMA_Streamx->CR|=(u32)chx<<25;//通道选择

//DMA_Streamx->FCR=0X21; //FIFO控制寄存器

        DMA2_Stream7->CR|=1<<4; //使能传输完成中断

        MY_NVIC_Init(2,1,DMA2_Stream7_IRQn,2);

}

2.4 设置MDA状态标志

注意：如果连续运行两个发送函数，如下，则可能在第一个还未发送完成时就会直接执行第二次发送。

myDMAprintf(USART1,"usart = %dtch = %frn",1,1.567);

myDMAprintf(USART1,"usart = %dtch = %frn",1,1.567);

其运行效果如图1所示，第一次仅发送了"us"即被第二次发送覆盖了。

图1 运行效果

故需设置相应的标志位，对每次发送的状态进行标记，若正在进行传输，则等待，实现如下：

typedef enum 

{

BUSY,

IDLE

}DMA_Flag;

volatile DMA_Flag DMA2_Stream7_Flag = IDLE; //USART1

2.5 DMA中断函数

        每次传输完成（串口发送完成）后，都会触发一次中断，此时只需在中断函数中清除相应标志位并对发送状态进行标记即可。

//对应USART1发送

void DMA2_Stream7_IRQHandler(void)

{

if((DMA2->HISR&(1<<27)))

{

DMA2->HIFCR|=1<<27;

                DMA2_Stream7_Flag = IDLE;

}

}

2.6 DMA初始化

        查询手册可知，串口1发送为DMA2的数据流7，通道4，并为内存到外设模式，而串口1接收为DMA2的数据流5，通道4，并为外设到内存模式。

注意：此处需提前开启一次DMA接收，否则第一次接收会产生错误数据。

//USART1发送 --- DMA2,数据流7,CH4---USART1_TXD 外设为串口1,存储器为USART1_TX_BUF,长度为:USART_LEN

MYDMA_Config(DMA2_Stream7,4,(u32)&USART1->DR,(u32)USART1_TX_BUF,USART_LEN,DMA_DIR_MemoryToPeripheral);

//USART1接收 --- DMA2,数据流5,CH4---USART1_RXD 外设为串口1,存储器为USART1_RX_BUF,长度为:USART_LEN

MYDMA_Config(DMA2_Stream5,4,(u32)&USART1->DR,(u32)USART1_RX_BUF,USART_LEN,DMA_DIR_PeripheralToMemory);

MYDMA_Enable(DMA2_Stream5,(u32)USART1_RX_BUF,USART_LEN);//开始一次DMA传输！

2.6 开启一次串口DMA传输

配置DMA数据流、内存地址及传输量。

void MYDMA_Enable(DMA_Stream_TypeDef *DMA_Streamx, u32 mar, u16 ndtr)

{

DMA_Streamx->CR&=~(1<<0); //关闭DMA传输 

while(DMA_Streamx->CR&0X1); //确保DMA可以被设置  

DMA_Streamx->M0AR=mar; //DMA存储器地址

DMA_Streamx->NDTR=ndtr; //DMA传输数据量 

DMA_Streamx->CR|=1<<0; //开启DMA传输

}

2.7 格式化发送

该部分已封装为类似printf()的发送函数，大致为3个部分：

（1）格式化数据为字符串；

（2）判断发送状态，若“忙”，则等待。

（3）设置好储存器地址，使能发送并设置发送状态；

/*------------------------------------------------

* 函数名：Status myDMAprintf(USART_TypeDef *USARTx, const char *format, ...)

* 功  能：仿 printf 函数 

* 参  数：*USARTx: 串口号

      *pString: 打印内容

      ... : 变量

* 返回值： 状态

------------------------------------------------*/

Status myDMAprintf(USART_TypeDef *USARTx, const char *format, ...)

{

va_list args;

u16 len;

if(format == NULL)

return 1;

va_start(args, format);

if(USARTx == USART1)

{

len = vsnprintf((char *)USART1_TX_BUF, USART_LEN, format, args);

while(DMA2_Stream7_Flag != IDLE);

MYDMA_Enable(DMA2_Stream7,(u32)USART1_TX_BUF,len);

DMA2_Stream7_Flag = BUSY;

}

else if(USARTx == USART2)

{

len = vsnprintf((char *)USART2_TX_BUF, USART_LEN, format, args);

while(DMA1_Stream6_Flag != IDLE);

MYDMA_Enable(DMA1_Stream6,(u32)USART2_TX_BUF,len);

DMA1_Stream6_Flag = BUSY;

}

else if(USARTx == USART3)

{

len = vsnprintf((char *)USART3_TX_BUF, USART_LEN, format, args);

while(DMA1_Stream3_Flag != IDLE);

MYDMA_Enable(DMA1_Stream3,(u32)USART3_TX_BUF,len);

DMA1_Stream3_Flag = BUSY;

}

else if(USARTx == UART4)

{

len = vsnprintf((char *)UART4_TX_BUF, USART_LEN, format, args);

while(DMA1_Stream4_Flag != IDLE);

MYDMA_Enable(DMA1_Stream4,(u32)UART4_TX_BUF,len);

DMA1_Stream4_Flag = BUSY;

}

else if(USARTx == UART5)

{

len = vsnprintf((char *)UART5_TX_BUF, USART_LEN, format, args);

while(DMA1_Stream7_Flag != IDLE);

MYDMA_Enable(DMA1_Stream7,(u32)UART5_TX_BUF,len);

DMA1_Stream7_Flag = BUSY;

}

else if(USARTx == USART6)

{

len = vsnprintf((char *)USART6_TX_BUF, USART_LEN, format, args);

while(DMA2_Stream6_Flag != IDLE);

MYDMA_Enable(DMA2_Stream6,(u32)USART6_TX_BUF,len);

DMA2_Stream6_Flag = BUSY;

}

else

return 2;

va_end(args);

return 0;

}

2.8串口DMA接收

        当串口进入空闲状态时即开启一次DMA接收，下次数据到来时DMA会自动搬运数据至指定的储存器（此处为USART1_TX_BUF），搬运完成后会再次触发空闲中断，此时清除空闲中断标志位、DMA传输完成标志位和传输错误标志位，并清除接收内存，开启下一次接收。

void USART1_IRQHandler(void)

{

u8 temp;

u16 len;

if(USART1->SR&(1<<4))//检测到线路空闲

{

//软件序列清除IDLE标志位

temp = USART1->SR;

temp = USART1->DR;

DMA2_Stream5->CR &=~(1<<0); //关闭DMA传输,准备重新配置

DMA2->HIFCR|=1<<11; //清除DMA2_Steam5传输完成标志

DMA2->HIFCR|=1<<9; //清除DMA2_Steam5传输错误标志

len = USART_LEN - (uint16_t)(DMA2_Stream5->NDTR);

myDMAprintf(USART1,"len = %d,data: %s",len,USART1_RX_BUF);