【紅楓派開(kāi)發(fā)板】第十六講 USART-DMA串口收發(fā)實(shí)驗(yàn)
16.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
通過(guò)本實(shí)驗(yàn)主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：
? 串口DMA工作原理
? 使用DMA進(jìn)行串口收發(fā)
16.2 實(shí)驗(yàn)原理
16.2.1 串口DMA工作原理
在前面ADC章節(jié)中，我們介紹了DMA的工作原理，這里就不多做介紹。從GD32F303用戶(hù)手冊(cè)中可以查到，各串口的TX和RX分別對(duì)應(yīng)DMA的不同通道，比如USART0的TX對(duì)應(yīng)DMA0的通道3，而RX對(duì)應(yīng)DMA0的通道4。
當(dāng)需要使用DMA發(fā)送時(shí)，需要配置DMA工作為內(nèi)存到外設(shè)的模式，DMA目標(biāo)地址需要設(shè)置為串口的數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)DMA使能后，一旦串口的TBE（發(fā)送空）標(biāo)志位為1，則DMA自動(dòng)從內(nèi)存中搬運(yùn)數(shù)據(jù)到串口數(shù)據(jù)寄存器中。
當(dāng)需要使用DMA接受時(shí)，需要配置DMA工作為外設(shè)到內(nèi)存的模式，DMA的源地址需要設(shè)置為串口的數(shù)據(jù)寄存器，當(dāng)DMA使能，一旦串口收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，RBNE（接受非空）標(biāo)志位為1，則DMA自動(dòng)將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)搬運(yùn)到內(nèi)存中。
16.2.2 串口寄存器介紹
串口有幾個(gè)非常重要的寄存器需要讀者理解，這里單獨(dú)用一個(gè)章節(jié)來(lái)介紹。
數(shù)據(jù)寄存器（USART_DATA）
該寄存器雖然只有一個(gè)，但內(nèi)部是映射為發(fā)送和接受兩個(gè)寄存器。
發(fā)送時(shí)，除了發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，還有一個(gè)移位寄存器，當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)寄存器中，移位寄存器空閑的情況下，數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器中轉(zhuǎn)移到移位寄存器，移位寄存器按照低bit——高bit的順序?qū)?shù)據(jù)移位到IO口上。
接受時(shí)，接收到的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)寄存器中，CPU或DMA可以從該寄存器中讀接收到的數(shù)據(jù)。
狀態(tài)寄存器0（USART_STAT0 ）
我們需要特別理解TBE、TC、RBNE、IDLE、OREE這幾位。
- TBE（發(fā)送空）：這個(gè)位置“1”表示現(xiàn)在可以往數(shù)據(jù)寄存器中寫(xiě)數(shù)據(jù)了，當(dāng)移位寄存器空閑時(shí)，寫(xiě)入到數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)則會(huì)轉(zhuǎn)移到移位寄存器中，串口開(kāi)始對(duì)外發(fā)送數(shù)據(jù)；
- TC（發(fā)送完成）：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器和移位寄存器都為空時(shí)，表示所有的數(shù)據(jù)都已經(jīng)完成了，則TC置“1”，所以當(dāng)連續(xù)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，最后一個(gè)字節(jié)從移位寄存器中發(fā)送完，TC才會(huì)置起。
- RBNE（接受非空）：當(dāng)串口接受到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，RBNE置“1”，此時(shí)CPU可以去數(shù)據(jù)寄存器中取數(shù)據(jù)，當(dāng)使用了DMA接受，DMA自動(dòng)將數(shù)據(jù)寄存器中數(shù)據(jù)搬走，當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)被讀走/搬走，RBNE位自動(dòng)清“0”；
- IDLE（空閑）：該標(biāo)志位用于檢測(cè)接受空閑，當(dāng)串口接受最后一個(gè)字節(jié)后，再往后一個(gè)字節(jié)時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有接受到新的數(shù)據(jù)，則該位置“1”；
IDLE一般用于串口DMA接受中，DMA接受中，MCU無(wú)法知道發(fā)送方的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，所以可以通過(guò)判斷IDLE位（或IDLE中斷）來(lái)判斷發(fā)送方一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束了。
- OREE（溢出錯(cuò)誤）：當(dāng)RBNE置位的情況，又接收到一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，則OREE位置“1”。
16.3 硬件設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)使用DMA進(jìn)行串口發(fā)送和接收，仍然使用USB轉(zhuǎn)UART接口，硬件設(shè)計(jì)見(jiàn)上一章。
16.4 代碼解析
16.4.1 串口DMA發(fā)送函數(shù)
在driver_uart.c中定義了串口DMA發(fā)送函數(shù)driver_uart_dma_transmit：
C
Drv_Err driver_uart_dma_transmit(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t *pbuff,uint16_t length)
{
Drv_Err uart_state=DRV_ERROR;
uint32_t timeout = driver_tick;
while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState==1){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) {
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;
return DRV_ERROR;
}
}
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSucess=0;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=1;
uartx->uart_control.p_Send=pbuff;
uartx->uart_control.SendSize=length;
uartx->uart_control.SendCount=0;
uart_state=driver_dma_flag_wait_timeout(uartx->uart_tx_dma,DMA_FLAG_FTF,SET);
usart_dma_transmit_config(uartx->uart_x,USART_DENT_DISABLE);
driver_dma_start(uartx->uart_tx_dma,pbuff,length);
usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_TC);
usart_dma_transmit_config(uartx->uart_x,USART_DENT_ENABLE);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_TC);
return uart_state;
}
16.4.2 串口DMA接收函數(shù)
在driver_uart.c中定義了串口DMA接收函數(shù)driver_uart_dma_receive：
C
Drv_Err driver_uart_dma_receive(typdef_uart_struct *uartx,uint8_t *pbuff,uint16_t length)
{
Drv_Err uart_state=DRV_SUCCESS;
uint32_t timeout = driver_tick;
while(uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState==1){
if((timeout+UART_TIMEOUT_MS) <= driver_tick) {
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;
return DRV_ERROR;
}
}
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=0;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=1;
uartx->uart_control.p_Rec=pbuff;
uartx->uart_control.RecSize=length;
uartx->uart_control.RecCount=0;
usart_dma_receive_config(uartx->uart_x,USART_DENR_DISABLE);
driver_dma_start(uartx->uart_rx_dma,pbuff,length);
USART_STAT0(uartx->uart_x);
usart_data_receive(uartx->uart_x);
usart_interrupt_flag_clear(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x,USART_INT_IDLE);
usart_dma_receive_config(uartx->uart_x,USART_DENR_ENABLE);
return uart_state;
}
16.4.3 main函數(shù)實(shí)現(xiàn)
以下為main函數(shù)代碼：
C
int main(void)
{
delay_init();
//初始化UART為DMA模式，注冊(cè)接受完成（IDLE）回調(diào)函數(shù)
BOARD_UART.uart_mode_tx=MODE_DMA;
BOARD_UART.uart_mode_rx=MODE_DMA;
BOARD_UART.uart_idle_callback=user_receive_complete_callback;
bsp_uart_init(&BOARD_UART);
nvic_irq_enable(USART0_IRQn,2,0);
delay_ms(1000);
printf("uart dma mode sends and receives loopback packets of indefinite length.\r\n");
//配置UART接受，最長(zhǎng)100byte
driver_uart_dma_receive(&BOARD_UART,uart_rec_buff,100);
while (1)
{
//查詢(xún)到接受完成回調(diào)函數(shù)標(biāo)志
if(uart_receive_complete_flag==SET)
{
uart_receive_complete_flag=RESET;
//發(fā)送剛接受到的數(shù)據(jù)
driver_uart_dma_transmit(&BOARD_UART,uart_send_buff,uart_receive_count);
}
}
}
本例程main函數(shù)首先進(jìn)行了延時(shí)函數(shù)初始化，再初始化UART為DMA模式，接著配置串口BOARD_UART，開(kāi)啟串口中斷NVIC，這里使用到了IDLE中斷，用來(lái)接受不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)，然后配置串口DMA接受，最長(zhǎng)100個(gè)字節(jié)，所以我們可以給串口發(fā)送100個(gè)字節(jié)以下長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。在while（1）循環(huán)中循環(huán)查詢(xún)uart_receive_complete_flag標(biāo)志位，當(dāng)該標(biāo)志位為“SET”時(shí)，表示IDLE中斷被觸發(fā)，一幀數(shù)據(jù)接受完，最后將接收到的幀數(shù)據(jù)通過(guò)DMA發(fā)送方式原封不動(dòng)發(fā)送到串口上。
16.4.4 中斷函數(shù)
在bsp_uart.c中定義了串口中斷處理函數(shù)
C
void USART0_IRQHandler(void)
{
driver_uart_int_handler(&BOARD_UART);
}
在driver_uart.c中定義了driver_uart_int_handler函數(shù)：
C
Drv_Err driver_uart_int_handler(typdef_uart_struct *uartx)
{
Drv_Err uart_state=DRV_SUCCESS;
if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_RBNE)!=RESET)
{
if(uartx->uart_control.RecCount < uartx->uart_control.RecSize){
uartx->uart_control.p_Rec[uartx->uart_control.RecCount]=usart_data_receive(uartx->uart_x);
uartx->uart_control.RecCount++;
}
else{
usart_data_receive(uartx->uart_x);
uart_state=DRV_ERROR;
//err 溢出
}
if(uartx->uart_rbne_callback!=NULL){
uartx->uart_rbne_callback(uartx);
}
//callback
if(uartx->uart_control.RecCount == uartx->uart_control.RecSize){
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;
uartx->uart_control.RecCount=0;
}
}
if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE)!=RESET)
{
usart_interrupt_flag_clear(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_IDLE);
USART_STAT0(uartx->uart_x);
USART_DATA(uartx->uart_x);
if( (uartx->uart_mode_rx==MODE_INT && uartx->uart_control.RecCount>0) \
||(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA && dma_transfer_number_get(uartx->uart_rx_dma->dmax,uartx->uart_rx_dma->dma_chx)!=uartx->uart_control.RecSize))
{
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecSuccess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.RecState=0;
if(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA){
uartx->uart_control.RecCount=uartx->uart_control.RecSize-dma_transfer_number_get(uartx->uart_rx_dma->dmax,uartx->uart_rx_dma->dma_chx);
}
//callback
if(uartx->uart_idle_callback!=NULL){
uartx->uart_idle_callback(uartx);
}
}
}
if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_TBE)!=RESET)
{
usart_data_transmit(uartx->uart_x,uartx->uart_control.p_Send[uartx->uart_control.SendCount]);
uartx->uart_control.SendCount++;
if(uartx->uart_tbe_callback!=NULL){
uartx->uart_tbe_callback(uartx);
}
if(uartx->uart_control.SendCount >= uartx->uart_control.SendSize)
{
uartx->uart_control.SendCount=0;
usart_interrupt_disable(uartx->uart_x, USART_INT_TBE);
usart_interrupt_enable(uartx->uart_x, USART_INT_TC);
}
}
if(usart_interrupt_flag_get(uartx->uart_x,USART_INT_FLAG_TC)!=RESET)
{
usart_interrupt_disable(uartx->uart_x, USART_INT_TC);
usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_TC);
if( !(uartx->uart_mode_rx==MODE_DMA && dma_transfer_number_get(uartx->uart_tx_dma->dmax,uartx->uart_tx_dma->dma_chx)!=0) )
{
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendSucess=1;
uartx->uart_control.Com_Flag.Bits.SendState=0;
if(uartx->uart_tc_callback!=NULL){
uartx->uart_tc_callback(uartx);
}
uartx->uart_control.SendCount=0;
}
}
if(usart_flag_get(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR)==SET)
{
usart_flag_clear(uartx->uart_x,USART_FLAG_ORERR);
USART_STAT0(uartx->uart_x);
USART_DATA(uartx->uart_x);
uart_state=DRV_ERROR;
}
return uart_state;
}
16.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
使用USB-TypeC線，連接電腦和板上USB to UART口后，使用串口調(diào)試助手發(fā)送一幀數(shù)據(jù)到MCU，MCU會(huì)將這幀數(shù)據(jù)回發(fā)到串口調(diào)試助手中。
紅楓派開(kāi)發(fā)板使用手冊(cè)：??????????????????????????????????????????????????GD32F303紅楓派使用手冊(cè) - 飛書(shū)云文檔 (feishu.cn)
關(guān)于作者
