附源码-终极串口接收（二）

来源：公众号【鱼鹰谈单片机】

作者：鱼鹰Osprey

ID   ：emOsprey

前段时间需要写个串口接收程序，一时没找到源码，就想着自己写过一篇文章《终极串口接收方式，极致效率》，看看能不能复制个代码，谁知道原理写的还算清楚，但真要直接复制粘贴使用还是有点麻烦，作为 CV 工程师，这怎么可以，所以才有了今天的后续。

在那篇文章之前，鱼鹰还写过一篇串口相关的万字长文《如何写一个健壮且高效的串口接收程序？》，这篇文章也是介绍了很多设计细节问题，值得一读，但经过又一年的底层开发，鱼鹰又有了新的思考。

所以后续，鱼鹰除了会再写一篇串口DMA发送、接收的程序框架，还会再写一篇可重入 printf DMA打印函数设计方法与源码分享、串口数据解析源码等相关的文章。

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这份代码主要内容：USART1    DMA    IDLE 中断 无锁队列。

开发环境：C99、KEIL、STM32F103

主函数：

int main(void){ USART1_Init(115200); // 开始 DMA 接收数据 fifo_init(&fifo_usart_rx_1, usart_buff_rx, sizeof(usart_buff_rx));

while(1) { uint8_t length = fifo_read_buff(&fifo_usart_rx_1, buff_read, sizeof(buff_read));// 每次最大取 20 字节数据 if(length) {// printf('lengtt = %d', length); // 实际接收的数据长度 } else {// printf('no data rx');// 没有数据 }
if(fifo_usart_rx_1.error) {// printf('fifo error %d', fifo_usart_rx_1.error);// 接收错误 fifo_usart_rx_1.error = 0; } }}

中断处理函数：

void USART1_IRQHandler(void)     //串口1中断服务程序{  pfifo_rx_def             pfifo  = &fifo_usart_rx_1;  USART_TypeDef           *uartx  = USART1;  DMA_Channel_TypeDef     *dma_ch = DMA1_Channel5;
  if((uartx->SR & USART_FLAG_IDLE) != RESET)   {    (void)uartx->DR; // 清除空闲中断        if(pfifo != 0)    {      uint16_t curr_counter;             curr_counter     = dma_ch->CNDTR; // 获取当前接收索引      pfifo->in        = ((pfifo->last_cnt - curr_counter) & (pfifo->size - 1));       pfifo->last_cnt  = curr_counter;             if((pfifo->in - pfifo->out) > pfifo->size)      {        pfifo->out = pfifo->in;  // 清空缓存，注意赋值顺序，pfifo->in = pfifo->out 是错误的         pfifo->error |= FIFO_DMA_ERROR_RX_FULL;        }    }    else    {      pfifo->error |= FIFO_DMA_ERROR_RX_POINT_NULL;    }  }  else  {    pfifo->error |= FIFO_DMA_ERROR_RX_NOT_IDLE;  }}

无锁队列内容：

#include 'string.h'
typedef struct{ uint8_t *buffer; uint32_t in; uint32_t out; uint16_t size; uint16_t error; // 接收错误 uint16_t last_cnt; }fifo_rx_def;
typedef fifo_rx_def *pfifo_rx_def;

#define IS_POWER_OF_2(x) ((x) != 0 && (((x) & ((x) - 1)) == 0))
#define FIFO_DMA_ERROR_RX_NOT_IDLE (0x1 << 0) // 非空闲中断#define FIFO_DMA_ERROR_RX_POINT_NULL (0x1 << 1) // 指针为空#define FIFO_DMA_ERROR_RX_FULL (0x1 << 2) // 非空闲中断
// 不建议使用宏，除非确定没有使用隐患uint32_t min(uint32_t X, uint32_t Y){ return ((X) > (Y) ? (Y) : (X));}

fifo_rx_def fifo_usart_rx_1;
int32_t fifo_init(pfifo_rx_def pfifo, uint8_t *buff, uint32_t size){ assert_param(pfifo != NULL || buff != NULL);
if(!IS_POWER_OF_2(size)) // 必须 2 的幂次方 {
return -1; }
pfifo->in = 0; pfifo->out = 0; pfifo->buffer = buff; pfifo->size = size; // 必须最后设置大小 pfifo->last_cnt = size;
return 0;}
uint32_t fifo_read_buff(pfifo_rx_def pfifo, uint8_t* buffer, uint32_t len){ uint32_t length;
assert_param(pfifo != NULL || pfifo->buffer != NULL || buffer != NULL);
len = min(len, pfifo->in - pfifo->out);
/* first get the data from pfifo->out until the end of the buffer */ length = min(len, pfifo->size - (pfifo->out & (pfifo->size - 1))); memcpy(buffer, pfifo->buffer (pfifo->out & (pfifo->size - 1)), length);
/* then get the rest (if any) from the beginning of the buffer */ memcpy(buffer length, pfifo->buffer, len - length);

pfifo->out = len;
return len; }

串口、DMA、中断初始化：

#define USART_BUFF_SIZE_1   128
static uint8_t usart_buff_rx[USART_BUFF_SIZE_1];
// 输入参数：波特率 比如 115200void USART1_Init(u32 bound){  //GPIO端口设置  GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;  USART_InitTypeDef USART_InitStructure;  NVIC_InitTypeDef  NVIC_InitStructure;
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //USART1_TX   PA.9  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;  GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  //USART1_RX    PA.10  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_10;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);  
  //Usart1 NVIC 配置  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel                      = USART1_IRQn;  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority    = 3 ;  NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority           = 3;      NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd                   = ENABLE;      //IRQ通道使能  NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  //根据NVIC_InitStruct中指定的参数初始化外设NVIC寄存器USART1
  //USART 初始化设置    USART_InitStructure.USART_BaudRate              = bound;   USART_InitStructure.USART_WordLength            = USART_WordLength_8b;  USART_InitStructure.USART_StopBits              = USART_StopBits_1;  USART_InitStructure.USART_Parity                = USART_Parity_No;  USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl   = USART_HardwareFlowControl_None;  USART_InitStructure.USART_Mode                  = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
  USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);  
  USART_ITConfig(USART1, USART_IT_IDLE, ENABLE);//开启空闲中断
  DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;
  RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1, ENABLE);  // 使能DMA传输
  DMA_DeInit(DMA1_Channel5);                     // 将DMA的通道1寄存器重设为缺省值
  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)&USART1->DR;          // DMA 外设C基地址  DMA_InitStructure.DMA_MemoryBaseAddr     = (uint32_t)usart_buff_rx;        // DMA 内存基地址  DMA_InitStructure.DMA_DIR                = DMA_DIR_PeripheralSRC;          // 外设作为数据传输的目的地  DMA_InitStructure.DMA_BufferSize         = sizeof(usart_buff_rx);          // DMA通道的DMA缓存的大小  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralInc      = DMA_PeripheralInc_Disable;      // 外设地址寄存器不变  DMA_InitStructure.DMA_MemoryInc          = DMA_MemoryInc_Enable;           // 内存地址寄存器递增  DMA_InitStructure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;    // 数据宽度为8位  DMA_InitStructure.DMA_MemoryDataSize     = DMA_MemoryDataSize_Byte;        // 数据宽度为8位  DMA_InitStructure.DMA_Mode               = DMA_Mode_Circular;              // 工作在循环缓存模式  DMA_InitStructure.DMA_Priority           = DMA_Priority_Medium;            // DMA通道 x拥有中优先级   DMA_InitStructure.DMA_M2M                = DMA_M2M_Disable;                // DMA通道x没有设置为内存到内存传输
  DMA_Init(DMA1_Channel5, &DMA_InitStructure);  //根据DMA_InitStruct中指定的参数初始化DMA的通道USART1_Tx_DMA_Channel所标识的寄存器  DMA_Cmd(DMA1_Channel5, ENABLE); //使能DMA
  USART_DMACmd(USART1, USART_DMAReq_Rx,ENABLE); //使能 USART1 接收请求
  USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口 }

以上就是终极串口接收方式的具体实现，如果对无所队列不是很熟悉，建议看鱼鹰的《【深度长文】还是没忍住，聊聊神奇的无锁队列吧！》，目前因为只涉及到接收，所以没有其他源码提供，免得分心。

在这里再唠嗑几句：

1、串口初始化函数一旦执行完成，串口就开始使用 DMA接收数据，空闲中断产生时，用户才能在后续得到 DMA缓存接收的数据。

2、因为 DMA数据的更新由串口空闲中断决定，所以一旦一帧数据很长（在这里为大于 128，或者一帧数据大于剩余缓存空间），那么程序会发现这个错误，并设置标志位（有些错误可能无法发现），所以这里的缓存大小设置比较关键，必须大于一帧缓存，最好两帧以上，并且是 2 的幂次方。

3、如果内存有限制，无法开更大缓存，那么可以开启 DMA的半传输中断，这样也可以及时取走 DMA缓存的数据（或者使用定时更新的方式）。

4、用户缓存 buff_read 可以随意设置，没有限制，但为了节省内存，一般小于等于 DMA 的接收缓存 usart_buff_rx。另外在该例子中，buff_read 并没有清除数据，可以按需清除。

5、fifo_read_buff 返回值为实际接收到的数据长度，如果等于 0，代表没有接收到任何数据，并且读取完之后，会自动清除 DMA缓存的数据，用户不需要清除它（实际上，缓存的数据还在，只是用户读取不了，并最终会被后面接收的数据所覆盖）

6、串口中断一般可以设置为最低优先级，因为是 DMA后台自动接收的，所以中断优先级最低并不会丢失数据（前提是缓存足够大）。

7、如果使用串口不为空（USART_IT_RXNE）中断，一般接收会出现 ORE错误，此时如果不清除该错误会导致死机现象，但一般 DMA总是能及时接收数据，应该不会产生该错误，但为了发现这种情况，鱼鹰也设置了错误标志。至于为什么要做这些检查，请看鱼鹰的笔记《许久以后，你会感谢自己写的异常处理代码》

总结一下，终极串口接收的关键就是 DMA循环接收，和接收索引的更新。

其他的和网络上的 DMA 串口接收没什么区别。

当然，还有最重要的一点，你看这些代码会比较舒服，最后皮一下，哈哈。

感谢道友看到最后，咱们下期再见。