基于RT-Thread的RoboMaster電控框架（五）

背景

使用的開發板為大疆的 RoboMaster-C 型開發板，基礎工程為 rt-thread>bsp>stm32f407-robomaster-c

遙控器模塊開發

在 C 板上是提供了針對大疆遙控器的 DBUS 接口，但本片文章是基于 SBUS 進行遙控。

DBUS：100k波特率，8位數據位，1位停止位，偶校驗（EVEN)，無控流，18個字節；
SBUS：100k波特率，8位數據位，2位停止位，偶校驗（EVEN)，無控流，25個字節。
SBUS 和 DBUS 主要區別就是停止位不同，兩者都需要硬件取反電路，因此 SBUS 的接收機也是可以直接插在 C 板提供的 DBUS 接口上進行使用的，只需要在軟件層面修改數據解析處理即可。

串口DMA雙緩沖

這里使用的是空閑中斷 + DMA雙緩沖的方案，改方案能夠極大限度的提高處理高速數據的效率和穩定性。

但STM32不是所有芯片都支持DMA雙緩沖，雖然也可以通過DMA半滿中斷實現雙緩沖的效果，但是這樣程序的兼容性是較差的；因此針對遙控器接收機的串口，選擇不使用 RT-Thread 的串口驅動框架，也不是對其驅動框架進行改動。而是使用 HAL 庫實現，但不會影響其他串口使用 RT-Thread 的串口驅動框架。

代碼實現

首先是串口和 DMA 的初始化：

/* DMA controller clock enable */
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
/* DMA1_Stream1_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Stream1_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Stream1_IRQn);
huart3.Instance = USART3;
huart3.Init.BaudRate = 100000;
huart3.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_9B;
huart3.Init.StopBits = UART_STOPBITS_2;
huart3.Init.Parity = UART_PARITY_EVEN;
huart3.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart3.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart3.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
HAL_UART_Init(&huart3);

以及 DMA 雙緩沖功能的配置：

/**

@brief 串口 DMA 雙緩沖初始化
@param rx1_buf 緩沖區1
@param rx2_buf 緩沖區2
@param dma_buf_num DMA緩沖區大小
*/
static void rc_doub_dma_init(uint8_t *rx1_buf, uint8_t *rx2_buf, uint16_t dma_buf_num)
{
//使能DMA串口接收
SET_BIT(huart3.Instance->CR3, USART_CR3_DMAR);
//使能空閑中斷
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3, UART_IT_IDLE);
//失效DMA
__HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);
while(hdma_usart3_rx.Instance->CR & DMA_SxCR_EN)
{
__HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);
}
hdma_usart3_rx.Instance->PAR = (uint32_t) & (USART3->DR);
//內存緩沖區1
hdma_usart3_rx.Instance->M0AR = (uint32_t)(rx1_buf);
//內存緩沖區2
hdma_usart3_rx.Instance->M1AR = (uint32_t)(rx2_buf);
//數據長度
hdma_usart3_rx.Instance->NDTR = dma_buf_num;
//使能雙緩沖區
SET_BIT(hdma_usart3_rx.Instance->CR, DMA_SxCR_DBM);
//使能DMA
__HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart3_rx);
}

以及 CubeMX 的一些基本配置，這里就不細說了，設置完這些，串口空閑中斷 + DMA雙緩沖就開起來了，接下來就是要到串口中斷處理函數里進行 DMA 雙緩沖的接收和數據的解析處理了：

void USART3_IRQHandler(void)
{
if(huart3.Instance->SR & UART_FLAG_RXNE)
{
__HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(&huart3);
}
else if(USART3->SR & UART_FLAG_IDLE)
{
static uint16_t this_time_rx_len = 0;
__HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(&huart3);
if ((hdma_usart3_rx.Instance->CR & DMA_SxCR_CT) == RESET)
{
/* Current memory buffer used is Memory 0 /
//失效DMA
__HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);
//get receive data length, length = set_data_length - remain_length
//獲取接收數據長度,長度 = 設定長度 - 剩余長度
this_time_rx_len = SBUS_RX_BUF_NUM - hdma_usart3_rx.Instance->NDTR;
//重新設定數據長度
hdma_usart3_rx.Instance->NDTR = SBUS_RX_BUF_NUM;
//設定緩沖區1
hdma_usart3_rx.Instance->CR |= DMA_SxCR_CT;
//使能DMA
__HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart3_rx);
if(this_time_rx_len == SBUS_FRAME_SIZE)
{
//處理遙控器數據
sbus_rc_decode(sbus_rx_buf[0]);
rt_timer_start(rc_timer);
}
}
else
{
/ Current memory buffer used is Memory 1 */
//失效DMA
__HAL_DMA_DISABLE(&hdma_usart3_rx);
//get receive data length, length = set_data_length - remain_length
//獲取接收數據長度,長度 = 設定長度 - 剩余長度
this_time_rx_len = SBUS_RX_BUF_NUM - hdma_usart3_rx.Instance->NDTR;
//重新設定數據長度
hdma_usart3_rx.Instance->NDTR = SBUS_RX_BUF_NUM;
//設定緩沖區0
DMA1_Stream1->CR &= ~(DMA_SxCR_CT);
//使能DMA
__HAL_DMA_ENABLE(&hdma_usart3_rx);
if(this_time_rx_len == SBUS_FRAME_SIZE)
{
//處理遙控器數據
sbus_rc_decode(sbus_rx_buf[1]);
rt_timer_start(rc_timer);
}
}
}
}

到這一步，已經可以順利的接收并解析處理 SBUS 遙控數據了。

通過空閑中斷我們可以確保完整的接收數據幀，而且使用 DMA 雙緩沖以后，相較于普通的 DMA 接收處理高速數據更加高效快速，在處理一個緩沖區的數據之前，先將 DMA 切換到另外一個緩沖區，這樣在處理數據的時候就不會影響到 DMA 數據的接收，而且針對遙控器這種實時要求高且解析簡單的數據，就可以在中斷處理函數中 DMA 緩沖區切換后直接進行解析處理。

STM32F4 系列是支持 DMA 雙緩沖功能的，但是對于其他一些不支持雙緩沖的芯片，也想要使用 pingpong 緩沖的話，就可以通過 DMA 半滿中斷實現。

抽象設備

這里將遙控器數據就簡單的抽象為遙控器設備：

typedef struct
{
int16_t ch1; //右側左右
int16_t ch2; //右側上下
int16_t ch3; //左側上下
int16_t ch4; //左側左右
int16_t ch5; //左側非線性旋鈕
int16_t ch6; //右側非線性旋鈕
uint8_t sw1; //右側長撥桿
uint8_t sw2; //左側長撥桿
uint8_t sw3; //右側短撥桿
uint8_t sw4; //左側短撥桿
} rc_obj_t;

接收到數據存儲在 rc_sbus.c 的 rc_data[2] 中：

rc_obj_t rc_data[2]; // [0]:當前數據NOW,[1]:上一次的數據LAST
通過調用 sbus_rc_init() 即可獲得遙控器數據的地址，使用示例如下：

rc_obj_t rc_data[2]; // [0]:當前數據NOW,[1]:上一次的數據LAST
rc_data = sbus_rc_init();