HAL驱动的串口编程陷阱

STM32远程升级（基于串口本地升级与WiFi通信远程升级）



串口是嵌入式开发中最常前的外设设备，既可以用作不同单片机之间的通信，也可以用作在STM32 MCU和PC机之间的通信，STM32F407的串口功能非常强大，可以接红外，可以接流控，也可以接SIM卡接口，但我这里只介绍我们最常用的UART通信的一点调试经验，以STM32F407为例，对其它STM32芯片也适用，希望对大家有所帮助，如有错误不当之处欢迎大家联系指正。

一、串口的三种工作方式
操作串口一般有两种方式：查询和中断；STM32还支持第三种DMA方式。
（1）查询：串口程序不断地循环查询标志，看看当前有没有数据要它传送或接收。如果有的话进行相应的写操作和读操作进行传送或接收数据。
（2）中断：平时串口只要打开中断即可。如果发现有一个中断来，则意味着有数据需要接收（接收中断）或数据已经发送完成（发送中断）。
（3）DMA方式，设置好DMA工作方式，由DMA来自动接收或发送数据。
一般来说，查询方式的效率是比较低的，并且由于STM32的UART硬件上没有FIFO，如果程序功能比较多，查询不及时的话很容易出现数据丢失的现象， 故实际项目中这种方式用的并不多。
中断方式的话我们可以分别设置接收中断和发送中断，当串口有数据需要接收时才进入中断程序进行读读操，这种方式占用CPU资源比较少，实际项目中比较常用，但需要注意中断程序不要太复杂使执行时间太长，如果执行时间超过一个字符的时间的话也会出现数据丢失的现象，这个波特率比较高的串口编程中比较容易出现，可以考虑用循环BUF方法，在中断程序中只负责实时地接收实数数和发送时的填数（写发送寄存器），其它操作放在中断外处理。
STM32还提供了第三种DMA方式用来支持高速地串口传输。这种方式只要设置好接收和发送缓冲位置，可以由DMA来自动接收和发送数据，这可以最小化占用CPU时间。

二、串口的使用步骤
（1）中断方式
基本步骤是初试化时钟，脚位、波特率设置、安装中断服务程序、开中断等，参考代码如下：

1. void uart_init(void)
   
2. {
   
3.    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
   
4.   NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
5.   GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
   
6.    
   
7.   /* Enable GPIO clock  */
   
8.    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
   
9.   
   
10.    /* Enable USART clock */
    
11.    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
    
12.   
    
13.    /* Connect USART pins to AF7 */
    
14.    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART3);
    
15.   GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11,  GPIO_AF_USART3);
    
16.    
    
17.   /* Configure USART Tx and Rx as  alternate function push-pull */
    
18.    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    
19.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =  GPIO_Speed_100MHz;
    
20.    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    
21.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd =  GPIO_PuPd_UP;
    
22.    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    
23.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
24.    
    
25.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_11;
    
26.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
27.   /*  USARTx configuration  ----------------------------------------------------*/
    
28.   /* USARTx configured as follow:
    
29.         - BaudRate = 3750000 baud
    
30.   - Maximum BaudRate that can be achieved when  using the Oversampling by 8
    
31.      is: (USART APB Clock / 8)
    
32. Example:
    
33.    - (USART3 APB1  Clock / 8) = (30 MHz / 8) = 3750000 baud
    
34.    - (USART1 APB2 Clock / 8) = (60 MHz / 8) = 7500000  baud
    
35.   - Maximum BaudRate that can  be achieved when using the Oversampling by 16
    
36.     is: (USART APB Clock / 16)
    
37. Example: (USART3 APB1 Clock / 16) = (30 MHz / 16)  = 1875000 baud
    
38. Example: (USART1  APB2 Clock / 16) = (60 MHz / 16) = 3750000 baud
    
39.         - Word Length = 8 Bits
    
40.         - one Stop Bit
    
41.         - No parity
    
42.         - Hardware flow control disabled (RTS and  CTS signals)
    
43.         - Receive and  transmit enabled
    
44.    */
    
45.    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    
46.   USART_InitStructure.USART_WordLength =  USART_WordLength_8b;
    
47.    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    
48.   USART_InitStructure.USART_Parity =  USART_Parity_No;
    
49.    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
    
50.    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    
51.   USART_Init(USART3,  &USART_InitStructure);
    
52.    
    
53.   /* NVIC configuration  */
    
54.   /* Configure the Priority  Group to 2 bits */
    
55.    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
56.   
    
57.    /* Enable the USARTx Interrupt */
    
58.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
    
59.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    
60.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =  0;
    
61.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    
62.    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
63.   
    
64.   /* Enable USART  */
    
65.   USART_Cmd(USART3,  ENABLE);
    
66.   USART_ITConfig(USART3,  USART_IT_RXNE, ENABLE);
    
67. }
    

复制代码

中断服务程序如下：

1. void USART3_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3. unsigned char ch;  
   
4. if(USART_GetITStatus(USART3,  USART_IT_RXNE) != RESET)
   
5.    {
   
6.     /* Read one byte from the  receive data register */
   
7.     ch =  (USART_ReceiveData(USART3));
   
8. 
   
9.      printf("in[%c].\r\n",ch);
   
10.   }   
    
11. }

复制代码

直接把接收到的字符打印出来。

（2）DMA方式
基本步骤同中断方式，额外需要DMA的初始化配置，参考代码如下：

1. void  uart_init(void)
   
2. {
   
3.   USART_InitTypeDef  USART_InitStructure;
   
4.    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
   
5.   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   
6.   DMA_InitTypeDef DMA_InitStruct;
   
7.   
   
8.    /* Enable GPIO clock */
   
9.    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOC, ENABLE);
   
10.   
    
11.    /* Enable USART clock */
    
12.    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
    
13.   
    
14.    /* Connect USART pins to AF7 */
    
15.    GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource10, GPIO_AF_USART3);
    
16.   GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource11,  GPIO_AF_USART3);
    
17.    
    
18.   /* Configure USART Tx and Rx as  alternate function push-pull */
    
19.    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    
20.   GPIO_InitStructure.GPIO_Speed =  GPIO_Speed_100MHz;
    
21.    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    
22.   GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd =  GPIO_PuPd_UP;
    
23.    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    
24.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
25.    
    
26.   GPIO_InitStructure.GPIO_Pin =  GPIO_Pin_11;
    
27.   GPIO_Init(GPIOC,  &GPIO_InitStructure);
    
28.   /*  USARTx configuration  ----------------------------------------------------*/
    
29.   /* USARTx configured as follow:
    
30.         - BaudRate = 3750000 baud
    
31.   - Maximum BaudRate that can be achieved when  using the Oversampling by 8
    
32.      is: (USART APB Clock / 8)
    
33. Example:
    
34.    - (USART3 APB1  Clock / 8) = (30 MHz / 8) = 3750000 baud
    
35.    - (USART1 APB2 Clock / 8) = (60 MHz / 8) = 7500000  baud
    
36.   - Maximum BaudRate that can  be achieved when using the Oversampling by 16
    
37.     is: (USART APB Clock / 16)
    
38. Example: (USART3 APB1 Clock / 16) = (30 MHz / 16)  = 1875000 baud
    
39. Example: (USART1  APB2 Clock / 16) = (60 MHz / 16) = 3750000 baud
    
40.         - Word Length = 8 Bits
    
41.         - one Stop Bit
    
42.         - No parity
    
43.         - Hardware flow control disabled (RTS and  CTS signals)
    
44.         - Receive and  transmit enabled
    
45.    */
    
46.    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 115200;
    
47.   USART_InitStructure.USART_WordLength =  USART_WordLength_8b;
    
48.    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    
49.   USART_InitStructure.USART_Parity =  USART_Parity_No;
    
50.    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
    
51.    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    
52.   USART_Init(USART3,  &USART_InitStructure);
    
53. 
    
54. /*  DMA_Configuration */
    
55.    DMA_DeInit(DMA1_Stream1);
    
56.    
    
57.   DMA_InitStruct.DMA_Channel =  DMA_Channel_4;   
    
58.    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBaseAddr =  (u32)&USART3->DR; //source  buf
    
59.    DMA_InitStruct.DMA_Memory0BaseAddr = (u8)pdata; //target buf
    
60. 
    
61.   DMA_InitStruct.DMA_DIR =  DMA_DIR_PeripheralToMemory;
    
62.    DMA_InitStruct.DMA_BufferSize = lenght;  //BuffSize;
    
63.   DMA_InitStruct.DMA_PeripheralInc =  DMA_PeripheralInc_Disable;
    
64.    DMA_InitStruct.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    
65.   DMA_InitStruct.DMA_PeripheralDataSize =   DMA_PeripheralDataSize_Word;
    
66.    DMA_InitStruct.DMA_MemoryDataSize =  DMA_MemoryDataSize_Byte;
    
67.   DMA_InitStruct.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;  //DMA_Mode_Normal;
    
68.    DMA_InitStruct.DMA_Priority = DMA_Priority_High;
    
69.   DMA_InitStruct.DMA_FIFOMode =  DMA_FIFOMode_Disable;
    
70.    DMA_InitStruct.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_HalfFull;
    
71.   DMA_InitStruct.DMA_MemoryBurst =  DMA_MemoryBurst_Single;
    
72.    DMA_InitStruct.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
    
73.   DMA_Init(DMA1_Stream1,  &DMA_InitStruct);
    
74. 
    
75.   /* NVIC configuration  */
    
76.   /* Configure the Priority  Group to 2 bits */
    
77.    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    
78.   
    
79.    /* Enable the USARTx Interrupt */
    
80.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream1_IRQn;  
    
81.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    
82.   NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =  0;
    
83.    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    
84.   NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
    
85. 
    
86.   /* Open DMA  interrupt*/
    
87.    DMA_ITConfig(DMA1_Stream1, DMA_IT_TC, ENABLE);
    
88.   DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);
    
89.   USART_Cmd(USART3, ENABLE);
    
90.    USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);
    
91. }

复制代码

DMA中断服务程序如下：

1. void DMA1_Stream1_IRQHandler(void) //UART3_RX
   
2. {
   
3.      static short i;
   
4. 
   
5.     //When a  Transfer Complete
   
6. if(SET ==  DMA_GetITStatus(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1))
   
7. {
   
8. DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1);
   
9. i++;
   
10. }
    
11. }

复制代码

上面程序只配了DMA接收，发送类似。


三、实现DMX512协议
DMX512 协议是美国剧场技术协会( United States Institute for Theater Technology,  USITT) 制定的数字多路复用协议, 其制定的初衷是为了使舞台、剧场等地所使用的众多的调光器和控制器能相互兼容。虽然它不是一个行业或国家标准, 但是由于它的简单性和实用性, 自从出台以来, 得到了世界各地生产商和使用者普遍承认，这个协议在LED控制方面应用很广泛，利用STM32 USART可以高速传输的特性，我们很容易用STM32来实现DMX512协议。
（1）数据的格式及传输
DMX512  协议规定数据以数据包的形式通过异步通讯的方式进行传输。每个数据包由若干数据帧组成, 每帧数据包括1 位低电平起始位、8 位数据位和2 位高电平停止位。DMX 协议要求数据传输的波特率为250kb/s, 亦即每位的传输时间为4us, 每帧数据的传输时间为44us, 它支持多达512 帧数据传输, 每帧数据与相应的控制支路相对应。数据包的传送要符合一定的格式和时序要求。为了使接收器能够分辨出第一帧数据, 每一个数据包以一个不短于88us 的低电平信号为起始信号, 即所谓的“Break”信号, 接收器接收到“Break”信号就准备接受随后而来的数据帧; 紧接着“Break”信号之后是不短于8us 的高电平信号M. a. b ( Mark after  Break) ; 之后就是数据帧。在DMX512 协议中, M. a. b 之后的第一帧数据被称
为“Star-t code”, 在协议中规定其为零, 但在实际应用中可以由生产厂家自己确定其具体的值,  以传递特殊消息。“Star-t  code”标明其后面的数据是8  位控制信号数据帧。数据帧之间可以有时间间隔, 也可以没有;  同样, 数据包之间可以有时间间隔, 也可以没有。DMX512 协议规定“Break”信号、M. a. b 信号的最短时间, 并规定“Break”信号、M. a. b 信号、
数据帧之间及数据包之间的时间间隔的最大值不得超过1s, 否则做出错处理, 但是DMX512 协议并未对出错处理做任何规定。为了严格实现DMX512  数据的时序要求，“Break”和M.  a. b信号我们可以用定时器来实现。
具体的UART配置如下：
  

1. USART_InitStructure.USART_BaudRate =  250000;
   
2.    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
   
3.   USART_InitStructure.USART_StopBits =  USART_StopBits_2;
   
4.    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
   
5.   USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl =  USART_HardwareFlowControl_None;
   
6.    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
   
7.   USART_Init(USART1,  &USART_InitStructure);

复制代码

发送DMX512信号过程如下，先把UART的TX脚配置为普通的GPIO并输出低电平，然后启动定时器计时88us,  时器到后把TX脚置为高电平并计时8us, 时器到了后在配为UART模式用DMA方式把数据发出。
DMX512信号的接收是个难点，一般直接配为UART接收就行，不需要在UART模式和GPIO模式间切换，但需要在接收过程中检查接收到“Break”信号时的状态是有帧错误出现，并且接收数据全为零，这样的话可以确认已经收到“Break”信号，随后数据正常DMA接收就行了。

很全哦。。。

串口编程，我的经验是：
1. 使用已经调试好的例程，特别是参考官方例程包。
2. 使用KEIL的RTE配置串口，很好用。
3. 使用CubeMX配置串口，也很好用。

谢谢分享！！