FreeRTOS串口DMA收發不定長數據

基礎知識點

DMA

DMA(Direct Memory Access)，即直接內存存儲，在一些數據的傳輸中，如串口、SPI等，采用DMA方式，傳輸過程不需要CPU參與，可用讓CPU有更多的時間處理其他的事情。

STM32F4的DMA通道選擇如下：

接下來的程序思路如下：

編程要點

DMA發送

串口DMA發送配置

由于是發送不定長的數據，先不需要配置發送的長度，在每次的發送時，再配置。

//=======================================
//串口DMA發送配置
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void dma_uart_tx_init()
{
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2時鐘使能 
    
    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;              //通道選擇
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&USART1->DR;           //目的：DMA外設地址
    DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr    = (u32)SendBuff;              //源：DMA存儲器0地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                = DMA_DIR_MemoryToPeripheral; //方向：存儲器到外設模式
    //DMA_InitStructure.DMA_BufferSize       = BUF_SIZE;                   //長度：數據傳輸量(先不配置)
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc      = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外設非增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc          = DMA_MemoryInc_Enable;       //存儲器增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外設數據長度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize     = DMA_MemoryDataSize_Byte;    //存儲器數據長度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_Mode               = DMA_Mode_Normal;            //使用普通模式 
    DMA_InitStructure.DMA_Priority           = DMA_Priority_Medium;        //DMA優先級：中等優先級
    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;     //存儲器單次傳輸
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst    = DMA_PeripheralBurst_Single; //外設單次傳輸
    DMA_Init(Uart_Tx_DMAStream, &DMA_InitStructure);//初始化DMA Stream
    
    //中斷配置
    DMA_ITConfig(Uart_Tx_DMAStream,DMA_IT_TC,ENABLE);  //配置DMA發送完成后產生中斷
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA2_Stream7_IRQn;//
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=7;//搶占優先級8
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;       //子優先級0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據指定的參數初始化VIC寄存器
    
    USART_DMACmd(USART1,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);  //使能串口1的DMA發送
    DMA_Cmd (Uart_Tx_DMAStream,DISABLE);//先不要使能DMA！           
}

DMA發送完成中斷

DMA發送完成后，觸發DMA發送完成中斷，這里可用釋放自定義的DMA發送完成信號量，表明下次的DMA傳輸可用進行。

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//DMA發送完成中斷服務程序
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void DMA2_Stream7_IRQHandler(void)
{
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
    //printf("ooooooorn");
    if(DMA_GetITStatus(Uart_Tx_DMAStream,DMA_IT_TCIF7)!= RESET) //檢查DMA傳輸完成中斷 DMA_IT_TCIF7
    {
        DMA_ClearITPendingBit(Uart_Tx_DMAStream,DMA_IT_TCIF7); 
        //printf("dma tx okrn");
        if(uartDMATCSemaphore!=NULL)
        {
            //釋放二值信號量
            xSemaphoreGiveFromISR(uartDMATCSemaphore,&xHigherPriorityTaskWoken);    //釋放DMA傳輸完成二值信號量
        }
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的話進行一次任務切換
    }
}
 

DMA發送函數接口

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//串口DMA發送函數
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void uart_DMA_send(u8 *str,u16 ndtr)
{
    u8 i;
    u8 *p=str;
    
    while(xSemaphoreTake(uartDMATCSemaphore,2)!=pdTRUE);//獲取信號量，等待DMA發送可用
    
    DMA_Cmd(Uart_Tx_DMAStream, DISABLE);                      //關閉DMA傳輸 
    while (DMA_GetCmdStatus(Uart_Tx_DMAStream) != DISABLE){}    //確保DMA可以被設置  
    DMA_SetCurrDataCounter(Uart_Tx_DMAStream,ndtr);          //數據傳輸量 
    for(i=0;i;i++)>

DMA接收

串口DMA接收配置

需要配置一個接收地址和一個接收長度，用于DMA接收數據的暫存。

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//串口DMA接收配置
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void dma_uart_rx_init()
{
    DMA_InitTypeDef  DMA_InitStructure;
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA2,ENABLE);//DMA2時鐘使能 
    
    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;              //通道選擇
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (u32)&USART1->DR;           //源：DMA外設地址
    DMA_InitStructure.DMA_Memory0BaseAddr    = (u32)ReceiveBuff;           //目的：DMA存儲器0地址
    DMA_InitStructure.DMA_DIR                = DMA_DIR_PeripheralToMemory; //方向：外設到存儲器模式
    DMA_InitStructure.DMA_BufferSize         = BUF_SIZE;                   //長度：數據傳輸量
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc      = DMA_PeripheralInc_Disable;  //外設非增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc          = DMA_MemoryInc_Enable;       //存儲器增量模式
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;//外設數據長度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize     = DMA_MemoryDataSize_Byte;    //存儲器數據長度:8位
    DMA_InitStructure.DMA_Mode               = DMA_Mode_Normal;            //使用普通模式 
    DMA_InitStructure.DMA_Priority           = DMA_Priority_Medium;        //DMA優先級：中等優先級
    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;     //存儲器單次傳輸
    DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBurst    = DMA_PeripheralBurst_Single; //外設單次傳輸
    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          
}

串口空閑中斷

串口空閑中斷的作用與上一篇介紹的一樣，都是在發送完一串字符后被觸發，這次由于使用了DMA接收，所以接收的數據在DMA緩沖區，且接收的數據長度可用根DMA接收通道的總長度與剩余長度的差值來計算，將接收的數據復制出來使用即可，同時釋放自定義的串口空閑信號量，以便其它任務可用及時獲取串口接收到的數據。

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//串口1空閑中斷服務程序，用于DMA接收
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void USART1_IRQHandler(void)                    
{
    uint8_t data;//接收數據暫存變量
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
    
    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_IDLE) != RESET)//空閑中斷
    {
        data = USART1->SR;
        data = USART1->DR;
        
        DMA_Cmd(Uart_Rx_DMAStream,DISABLE);//關閉DMA接收
        while (DMA_GetCmdStatus(Uart_Rx_DMAStream) != DISABLE){}    //確保DMA可以被設置 
        rx_cnt = BUF_SIZE - DMA_GetCurrDataCounter(Uart_Rx_DMAStream);//得到真正接收數據個數  
        DMA_SetCurrDataCounter(Uart_Rx_DMAStream,BUF_SIZE);//重新設置接收數據個數    
        //printf("rx_cnt:%drn",rx_cnt);
        memcpy(rxbuf,ReceiveBuff,rx_cnt);//先復制出來，防止下次的數據來了之后將其覆蓋
        DMA_ClearFlag(Uart_Rx_DMAStream,DMA_FLAG_TCIF5 | DMA_FLAG_FEIF5 | DMA_FLAG_DMEIF5 | DMA_FLAG_TEIF5 | DMA_FLAG_HTIF5);//這里的各種標志還沒搞懂
        DMA_Cmd(Uart_Rx_DMAStream,ENABLE); //開啟DMA接收
            
        if(uartRxIDLESemaphore!=NULL)
        {
            //printf("nnnnnnnrn");
            //釋放二值信號量
            xSemaphoreGiveFromISR(uartRxIDLESemaphore,&xHigherPriorityTaskWoken);//釋放串口空閑中斷二值信號量
        }
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);//如果需要的話進行一次任務切換
    }
} 

串口配置與測試任務

串口配置

基礎的GPIO配置，以及串口空閑中斷配置，并調用上面的串口DMA發送與接收配置。

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

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

    //串口1對應引腳復用映射
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_USART1); //GPIOA9復用為USART1
    GPIO_PinAFConfig(GPIOA,GPIO_PinSource10,GPIO_AF_USART1); //GPIOA10復用為USART1

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

    //USART1 初始化設置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = bound;                         //波特率設置
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;           //字長為8位數據格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;              //一個停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No;               //無奇偶校驗位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//無硬件數據流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收發模式
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1

    //DMA Config
    dma_uart_tx_init();//串口DMA發送配置
    dma_uart_rx_init();//串口DMA接收配置
    
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);//開啟串口空閑中斷
    //Usart1 NVIC 配置
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;       //串口1中斷通道
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=6; //搶占優先級8
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =0;       //子優先級0
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根據指定的參數初始化VIC寄存器
    
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);  //使能串口1 
}

測試任務

創建DMA發送完成信號量和串口空閑信號量，并先釋放DMA發送完成信號量，用于第一次DMA發送時獲取信號量。然后測試兩條DMA發送不定長字符串，最后測試DMA接收不定長字符串。

//打印任務函數(測試任務)
void print_task(void *pvParameters)
{
    //創建二值信號量
    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);  //獲取信號量
        if(err==pdTRUE)                         //獲取信號量成功
        {  
            uart_DMA_send("receive:",sizeof("receive:"));
            uart_DMA_send(rxbuf,rx_cnt);
            uart_DMA_send("rn",sizeof("rn"));
            
            rx_cnt=0;
        }
    }
}

實驗結果

通過串口助手，可以先接收到DMA發送的兩個字符串（第一條hello是測試串口的，不是DMA發的），然后通過串口調試助手發送兩次nice to meet you，測試DMA接收。

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

審核編輯：湯梓紅