串口DMA方式收發(fā)

筆者使用的是STM32F407VET6，共包含6路串口，頁尾處程序已將全部串口的DMA收發(fā)配置完成，本文僅以串口1為例進(jìn)行講解。（查看代碼可直接跳至第二節(jié)或頁尾處下載）

1 STM32F4 DMA  簡介

DMA，全稱為：Direct Memory Access，即直接存儲器訪問。DMA 傳輸方式無需 CPU 直接控制傳輸，也沒有中斷處理方式那樣保留現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的過程，通過硬件為 RAM 與 I/O 設(shè)備開辟一條直接傳送數(shù)據(jù)的通路，能使 CPU 的效率大為提高。

STM32F4 最多有 2 個 DMA 控制器（DMA1 和 DMA2），共 16 個數(shù)據(jù)流（每個控制器 8 個），每一個 DMA 控制器都用于管理一個或多個外設(shè)的存儲器訪問請求。每個數(shù)據(jù)流總共可以有多達(dá) 8個通道（或稱請求）。每個數(shù)據(jù)流通道都有一個仲裁器，用于處理 DMA 請求間的優(yōu)先級。

它可以處理一下事務(wù)：

外設(shè)到儲存器的傳輸

儲存器到外設(shè)的傳輸

儲存器到儲存器的傳輸

注意：DMA1 控制器 AHB 外設(shè)端口與 DMA2 控制器的情況不同，不連接到總線矩陣，因此，僅 DMA2 數(shù)據(jù)流能夠執(zhí)行存儲器到

存儲器的傳輸。

其中，數(shù)據(jù)流的多通道選擇，是通過 DMA_SxCR 寄存器控制的，如圖1所示：

圖1 通道選擇

上圖可以看出，DMA_SxCR 控制數(shù)據(jù)流到底使用哪一個通道，每個數(shù)據(jù)流有 8 個通道可供選擇，但每次只能選擇其中一個通道進(jìn)行 DMA 傳輸，DMA2 的各數(shù)據(jù)流通道映射表，如表 1 所示

表1 DMA2數(shù)據(jù)流映射表

上表就列出了 DMA2 所有可能的選擇情況，來總共 64 種組合，比如本章我們要實現(xiàn)串口1的 DMA 發(fā)送，即USART1_TX，就必須選擇 DMA2 的數(shù)據(jù)流 7，通道 4，來進(jìn)行 DMA 傳輸。這里注意一下，有的外設(shè)（比如 USART1_RX）可能有多個通道可以選擇，隨意選擇一個就可以。

重要寄存器簡介

（1） DMA 中斷狀態(tài)寄存器

該寄存器總共有 2 個：DMA_LISR 和 DMA_HISR，每個寄存器管理 4 數(shù)據(jù)流（總共 8 個），DMA_LISR 寄存器用于管理數(shù)據(jù)流 0~3，而 DMA_HISR 用于管理數(shù)據(jù)流 4~7。如果開啟了 DMA_LISR 中這些位對應(yīng)的中斷，則在達(dá)到條件后就會跳到中斷服務(wù)函數(shù)里面去，即使沒開啟，也可以通過查詢這些位來獲得當(dāng)前 DMA 傳輸?shù)臓顟B(tài)。這里常用的是 TCIFx位，即數(shù)據(jù)流 x 的 DMA 傳輸完成與否標(biāo)志。

注意：此寄存器為只讀寄存器，所以在這些位被置位之后，只能通過【中斷標(biāo)志清除寄存器】來清除。

（2）DMA 中斷標(biāo)志清除寄存器

該寄存器同樣有 2 個：DMA_LIFCR 和 DMA_HIFCR，同樣是每個寄存器控制 4 個數(shù)據(jù)流。該寄存器為只寫寄存器，其各位就是用來清除 【中斷狀態(tài)寄存器】的對應(yīng)位的，通過寫 1 清除。

（3） DMA 數(shù)據(jù)流 x 配置寄存器（DMA_SxCR）

該寄存器控制著 DMA 的很多相關(guān)信息，包括數(shù)據(jù)寬度、外設(shè)及存儲器的寬度、優(yōu)先級、增量模式、傳輸方向、中斷允許、使能等都是通過該寄存器來設(shè)置的。所以 DMA_ SxCR 是 DMA 傳輸?shù)暮诵目刂萍拇嫫鳌?p>

（4）DMA 數(shù)據(jù)流 x 數(shù)據(jù)項數(shù)寄存器（DMA_SxNDTR）

這個寄存器控制 DMA 數(shù)據(jù)流 x 的每次傳輸所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。其設(shè)置范圍為 0~65535。并且該寄存器的值會隨著傳輸?shù)倪M(jìn)行而減少，當(dāng)該寄存器的值為 0 的時候就代表此次數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)全部發(fā)送完成了。所以可以通過這個寄存器的值來知道當(dāng)前DMA 傳輸?shù)倪M(jìn)度。

注意：這里是數(shù)據(jù)項數(shù)目，而不是指的字節(jié)數(shù)。比如設(shè)置數(shù)據(jù)位寬為 16 位，那么傳輸一次（一個項）就是 2 個字節(jié)

（5）DMA 數(shù)據(jù)流 x 的外設(shè)地址寄存器（DMA_SxPAR）

該寄存器用來存儲 STM32F4 外設(shè)的地址，比如使用串口 1，那么該寄存器必須寫入 0x40011004（其實就是&USART1_DR）。

（6） DMA 數(shù)據(jù)流 x 的存儲器地址寄存器

由于 STM32F4 的 DMA 支持雙緩存，所以存儲器地址寄存器有兩個：DMA_SxM0AR 和 DMA_SxM1AR，其中 DMA_SxM1AR 僅在雙緩沖模式下，才有效。比如使用 USART1_TX_BUF[USART_LEN] 數(shù)組來做存儲器，那么在DMA_SxM0AR 中寫入 &USART1_TX_BUF 就可以了。

2 收發(fā)配置

2.1串口配置（使能DMA收發(fā)）

重點：使能串口1的接收、發(fā)送和串口1的DMA接收、發(fā)送并使能串口1的空閑中斷

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

* 函數(shù)名：void Init_USART1(u32 pclk2,u32 bound)

* 功  能：初始化IO 串口1

* 參  數(shù)：pclk2: PCLK2時鐘頻率(Mhz)

      bound: 波特率 

* 返回值： 無

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

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; //得到整數(shù)部分

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

        mantissa<<=4;

mantissa+=fraction; 

RCC->AHB1ENR|=1<<0;    //使能PORTA口時鐘  

RCC->APB2ENR|=1<<4;  //使能串口1時鐘 

GPIO_Set(GPIOA,PIN9|PIN10,GPIO_MODE_AF,GPIO_OTYPE_PP,GPIO_SPEED_50M,GPIO_PUPD_PU);//PA9,PA10,復(fù)用功能,上拉輸出

  GPIO_AF_Set(GPIOA,9,7); //PA9,AF7

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

//波特率設(shè)置

  USART1->BRR=mantissa; //波特率設(shè)置  

USART1->CR1&=~(1<<15); //設(shè)置OVER8=0 

USART1->CR1|=1<<3;  //串口發(fā)送使能 

USART1->CR3|=1<<7;      //使能串口1的DMA發(fā)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;    //使能空閑中斷    

MY_NVIC_Init(3,3,USART1_IRQn,2);//組2，最低優(yōu)先級 

#endif

USART1->CR1|=1<<13;  //串口使能

}

2.2兩個變量

發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)都將以如下兩個變量為指定儲存器。

#define USART_LEN  50  //定義最大接收字節(jié)數(shù) 50

u8 USART1_TX_BUF[USART_LEN];

u8 USART1_RX_BUF[USART_LEN];

2.3 DMA配置

（1）使能DMA2時鐘，并等待數(shù)據(jù)流可配置 。

（2）設(shè)置外設(shè)地址

（3）設(shè)置儲存器地址

（4）設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)量

（5）設(shè)置數(shù)據(jù)流7的配置信息

（6）開啟數(shù)據(jù)流7的傳輸完成中斷

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

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

* 功  能：配置DMA

* 參  數(shù)：DMA_Streamx: DMA數(shù)據(jù)流（DMA1_Stream0~7/DMA2_Stream0~7）

     chx: DMA通道選擇（范圍:0~7）

     par: 外設(shè)地址

mar: 存儲器地址

ndtr: 數(shù)據(jù)傳輸量

dir： 數(shù)據(jù)傳輸方向（DMA_DIR_PeripheralToMemory / DMA_DIR_MemoryToPeripheral / DMA_DIR_MemoryToMemory）

* 返回值： 無

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

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)//得到當(dāng)前stream是屬于DMA2還是DMA1

{

DMAx=DMA2;

RCC->AHB1ENR|=1<<22;//DMA2時鐘使能 

}else 

{

DMAx=DMA1; 

  RCC->AHB1ENR|=1<<21;//DMA1時鐘使能 

}

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

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

  if(streamx>=6)DMAx->HIFCR|=0X3D<<(6*(streamx-6)+16); //清空之前該stream上的所有中斷標(biāo)志

else if(streamx>=4)DMAx->HIFCR|=0X3D<<6*(streamx-4);    //清空之前該stream上的所有中斷標(biāo)志

else if(streamx>=2)DMAx->LIFCR|=0X3D<<(6*(streamx-2)+16);//清空之前該stream上的所有中斷標(biāo)志

else DMAx->LIFCR|=0X3D<<6*streamx; //清空之前該stream上的所有中斷標(biāo)志

DMA_Streamx->PAR=par; //DMA外設(shè)地址

DMA_Streamx->M0AR=mar; //DMA存儲器0地址

DMA_Streamx->NDTR=ndtr; //n個數(shù)據(jù)項

DMA_Streamx->CR=0; //先全部復(fù)位CR寄存器值 

switch(dir)

{

case DMA_DIR_PeripheralToMemory: //外設(shè)到存儲器模式

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; //非循環(huán)模式(即使用普通模式)

DMA_Streamx->CR|=0<<9; //外設(shè)非增量模式

DMA_Streamx->CR|=1<<10; //存儲器增量模式

DMA_Streamx->CR|=0<<11; //外設(shè)數(shù)據(jù)長度:8位

DMA_Streamx->CR|=0<<13; //存儲器數(shù)據(jù)長度:8位

DMA_Streamx->CR|=1<<16; //中等優(yōu)先級

DMA_Streamx->CR|=0<<21; //外設(shè)突發(fā)單次傳輸

DMA_Streamx->CR|=0<<23; //存儲器突發(fā)單次傳輸

DMA_Streamx->CR|=(u32)chx<<25;//通道選擇

//DMA_Streamx->FCR=0X21; //FIFO控制寄存器

        DMA2_Stream7->CR|=1<<4; //使能傳輸完成中斷

        MY_NVIC_Init(2,1,DMA2_Stream7_IRQn,2);

}

2.4 設(shè)置MDA狀態(tài)標(biāo)志

注意：如果連續(xù)運行兩個發(fā)送函數(shù)，如下，則可能在第一個還未發(fā)送完成時就會直接執(zhí)行第二次發(fā)送。

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

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

其運行效果如圖1所示，第一次僅發(fā)送了"us"即被第二次發(fā)送覆蓋了。

圖1 運行效果

故需設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，對每次發(fā)送的狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)記，若正在進(jìn)行傳輸，則等待，實現(xiàn)如下：

typedef enum 

{

BUSY,

IDLE

}DMA_Flag;

volatile DMA_Flag DMA2_Stream7_Flag = IDLE; //USART1

2.5 DMA中斷函數(shù)

        每次傳輸完成（串口發(fā)送完成）后，都會觸發(fā)一次中斷，此時只需在中斷函數(shù)中清除相應(yīng)標(biāo)志位并對發(fā)送狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)記即可。

//對應(yīng)USART1發(fā)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

        查詢手冊可知，串口1發(fā)送為DMA2的數(shù)據(jù)流7，通道4，并為內(nèi)存到外設(shè)模式，而串口1接收為DMA2的數(shù)據(jù)流5，通道4，并為外設(shè)到內(nèi)存模式。

注意：此處需提前開啟一次DMA接收，否則第一次接收會產(chǎn)生錯誤數(shù)據(jù)。

//USART1發(fā)送 --- DMA2,數(shù)據(jù)流7,CH4---USART1_TXD 外設(shè)為串口1,存儲器為USART1_TX_BUF,長度為:USART_LEN

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

//USART1接收 --- DMA2,數(shù)據(jù)流5,CH4---USART1_RXD 外設(shè)為串口1,存儲器為USART1_RX_BUF,長度為: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);//開始一次DMA傳輸！

2.6 開啟一次串口DMA傳輸

配置DMA數(shù)據(jù)流、內(nèi)存地址及傳輸量。

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

{

DMA_Streamx->CR&=~(1<<0); //關(guān)閉DMA傳輸 

while(DMA_Streamx->CR&0X1); //確保DMA可以被設(shè)置  

DMA_Streamx->M0AR=mar; //DMA存儲器地址

DMA_Streamx->NDTR=ndtr; //DMA傳輸數(shù)據(jù)量 

DMA_Streamx->CR|=1<<0; //開啟DMA傳輸

}

2.7 格式化發(fā)送

該部分已封裝為類似printf()的發(fā)送函數(shù)，大致為3個部分：

（1）格式化數(shù)據(jù)為字符串；

（2）判斷發(fā)送狀態(tài)，若“忙”，則等待。

（3）設(shè)置好儲存器地址，使能發(fā)送并設(shè)置發(fā)送狀態(tài)；

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

* 函數(shù)名：Status myDMAprintf(USART_TypeDef *USARTx, const char *format, ...)

* 功  能：仿 printf 函數(shù) 

* 參  數(shù)：*USARTx: 串口號

      *pString: 打印內(nèi)容

      ... : 變量

* 返回值： 狀態(tài)

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

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

        當(dāng)串口進(jìn)入空閑狀態(tài)時即開啟一次DMA接收，下次數(shù)據(jù)到來時DMA會自動搬運數(shù)據(jù)至指定的儲存器（此處為USART1_TX_BUF），搬運完成后會再次觸發(fā)空閑中斷，此時清除空閑中斷標(biāo)志位、DMA傳輸完成標(biāo)志位和傳輸錯誤標(biāo)志位，并清除接收內(nèi)存，開啟下一次接收。

void USART1_IRQHandler(void)

{

u8 temp;

u16 len;

if(USART1->SR&(1<<4))//檢測到線路空閑

{

//軟件序列清除IDLE標(biāo)志位

temp = USART1->SR;

temp = USART1->DR;

DMA2_Stream5->CR &=~(1<<0); //關(guān)閉DMA傳輸,準(zhǔn)備重新配置

DMA2->HIFCR|=1<<11; //清除DMA2_Steam5傳輸完成標(biāo)志

DMA2->HIFCR|=1<<9; //清除DMA2_Steam5傳輸錯誤標(biāo)志

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

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