1. CubeMX配置#

1.1 属性配置#

主要配置波特率，其余默认

.vpyvllnqfgtk{}

中断配置

Preemption Priority：抢占优先级

Sub Priority: 子优先级

串口的DMA设置

只开接收DMA即可

DMA的模式：

• Normol
• Circual

2. 驱动程序编写#

1
int fputc(int ch, FILE * str)
2
{
3
  HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,10);
4
    return ch;
5
}

1
uint16_t uart_rx_index = 0;
2
uint16_t uart_tx_ticks = 0;
3
uint8_t uart_rx_buffer[128]={0};

1
HAL_UART_Receive_IT(&huart1,uart_rx_buffer,1);

1
void normalFunction() {
2
    // 执行某些操作
3
}
4

5
int main() {
6
    if (condition) {  // 条件检查
7
        normalFunction();  // 仅在条件满足时调用
8
    }
9
    return 0;
10
}

1
void callbackFunction() {
2
    // 执行某些操作
3
}
4

5
void eventHandler(void (*callback)()) {
6
    // 某个事件发生后调用回调
7
    callback();  // 不需要在这里检查条件
8
}
9

10
int main() {
11
    eventHandler(callbackFunction);  // 传递回调函数
12
    return 0;
13
}

# 无DMA和环形缓冲区的问题#

当串口接收速率过快时，如视觉上位机频繁向单片机发送识别到的坐标数据，可能会导致单片机程序阻塞

1. 串口阻塞的解决方案

DMA:数据转运

RingBuffer:环形缓存区

2. # 环形缓冲区的概念：

• 头指针
• 尾指针

现象：#

DMA的作用#

无DMA：数据->Uart寄存器->CPU访问Uart寄存器->执行其他程序部分

​ -------如果串口通信速率过快------>CPU频繁访问Uart寄存器-------->程序阻塞

有DMA：数据->Uart->DMA访问Uart数据->存放到单片机内存地址

​ CPU与DMA并行工作

在上述配置的基础上对程序文件进行进一步修改。

空闲中断#

1. 什么是空闲中断？#

空闲中断（Idle Line Interrupt）是串口通信（UART）中常用的一种硬件中断机制。它用于检测串口接收线路在一段时间内没有接收到数据时触发。空闲中断的核心原理是检测 UART 外设的接收线路在数据传输结束后变为“空闲”状态（即，停止接收数据，线路上没有任何活动）。

当串口在接收数据时，硬件会自动维护一个“忙状态”标志。所有数据帧（包括起始位、数据位和停止位）都被接收完成后，接收线路进入空闲状态，此时 UART 硬件会触发“空闲中断”。这个中断标志仅在接收数据后首次空闲时触发，而不是每次线路空闲都会触发。因此，空闲中断能够用于判断数据帧的结束或检测数据包的传输完成。(比如，一个数据帧的长度为8个字节，在串口通信时每帧间隔一个字节来发送，在间隔的这个字节，触发空闲中断，进而可以在中断程序中处理数据帧)

2. 空闲中断在串口通信中的作用#

空闲中断主要用于处理非固定长度的串口数据帧和高效的 DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）数据传输。其作用和优势如下：

2.1 非固定长度数据包接收#

• 当接收的数据是非固定长度时，很难在接收时预先设定要接收的数据长度。这时，可以利用空闲中断判断数据的结束。
• 当串口在 DMA 模式下接收数据时，无法使用常规的中断方式逐字节进行处理。使用空闲中断可以更高效地处理数据流，从而判断整个数据包的接收是否完成。

2.2 提高串口通信的效率#

• 使用空闲中断能够在 DMA 模式下提高串口通信的效率。当 DMA 缓冲区被填满或者数据接收超时时，空闲中断可以用于自动触发数据处理，避免了使用传统的定时器轮询方式。
• 通过判断空闲中断触发时间，可以精确判断数据包的传输完成，不必每次都等待接收缓冲区被填满才进行处理，从而提高系统响应速度。

2.3 降低 CPU 占用#

• 使用空闲中断配合 DMA 接收，可以降低 CPU 的使用率。在 DMA 接收过程中，数据自动从串口移入缓冲区，不需要 CPU 的参与，只有在接收结束或空闲中断触发时才进行数据处理。
• 对于接收频繁但数量不定的数据流（如传感器数据、通信协议数据包），使用空闲中断能极大地减少 CPU 的负担。

3. 空闲中断在串口通信中的典型应用场景#

3.1 接收数据包的完整性判断#

对于 UART 接收非固定长度的数据包（如 Modbus、串口通信协议），可以使用空闲中断来判断数据帧的结束。

典型场景：
假设通过 UART 接收的数据包长度不定，当接收到一个完整的数据帧时，串口线路会进入空闲状态，此时触发空闲中断，可以认为本次数据接收结束。

1
c复制代码// 空闲中断回调函数示例void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) {    if (__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_

1. 变量声明#

声明 uart_rx_dma_buffer变量，用于数据转运

2. 中断初始化#

启用DMA相关中断

关闭DMA半中断

PS: 不再适用串口回调，改用DMA的方法

3. 串口中断函数#

每次触发串口中断，触发DMA中断

取消使用串口中断回调函数

改用空闲中断回调函数

PS: 不再需要串口超时解析

现象：#

补充——中断函数与回调函数的区别#

在嵌入式编程中，HAL（硬件抽象层）库的中断函数和回调函数是常见的机制，尤其是在处理外设操作时。这两者的作用有时容易混淆，但它们的概念和使用场景有所不同。下面详细解释它们的区别：

1. 中断函数（Interrupt Service Routine, ISR）#

中断函数是一段处理硬件中断的代码。当外设或处理器触发中断时，处理器会暂停当前的代码执行，转而执行与该中断对应的ISR。一旦中断被处理完毕，程序会恢复到原来的执行状态。

• 执行方式：硬件触发，直接由处理器执行，通常是高优先级。
• 响应时间：要求短小精悍，不能执行耗时的任务，因为会阻塞其他中断。
• 位置：ISR通常定义在HAL库或用户代码中，是一个固定的函数（如TIM_IRQHandler等）。
• 调用方式：自动触发，由硬件中断控制器（NVIC）决定何时调用中断处理函数。

2. 回调函数（Callback Function）#

回调函数是一个函数指针，通过预先注册到某个模块或API中，等到某个事件发生时，由该模块或API负责调用。HAL库中的回调函数通常是在中断处理完毕后，由ISR或HAL库内部调用，用来进一步处理用户逻辑。

• 执行方式：由程序代码（比如ISR或定时器事件）调用，响应某个事件。
• 响应时间：回调函数不要求像中断处理函数那样必须快速完成，往往用于处理稍复杂的业务逻辑。
• 位置：回调函数通常由用户实现，并由HAL库的中断处理函数或其他机制调用（如HAL_TIM_PeriodElapsedCallback）。
• 调用方式：回调函数不是直接由硬件触发，而是由软件触发，即当中断函数处理完硬件中断后，再调用用户注册的回调函数。

简单总结区别：#

• 触发机制：中断函数是由硬件事件（如定时器溢出、外部信号等）直接触发，而回调函数是由软件（如ISR）触发。
• 职责范围：中断函数负责处理硬件中断，通常需要快速执行；回调函数则处理用户定义的业务逻辑，通常可以有更多的处理空间和时间。
• 优先级：中断函数的优先级较高，回调函数的执行时间不受硬件中断控制，通常在中断函数结束之后才执行。

典型应用场景#

以定时器为例：

• 当定时器溢出时，触发一个中断，执行定时器的中断函数TIM_IRQHandler。
• 在中断函数内部，可能会调用HAL库的定时器回调函数HAL_TIM_PeriodElapsedCallback，用于用户自定义的定时器周期性任务处理。

这就是中断函数和回调函数的核心区别。

环形缓冲区的简介#

环形缓存区，也叫环形缓冲区（Ring Buffer）或循环缓冲区，是一种数据结构。它的特点 是缓存区的头和尾是连接在一起的，形成一个环。当数据写入缓冲区时，指针会不断前进，当到达缓冲区的末尾时，会重新回到开头，这样就实现了一个循环。

环形缓冲区的组成：

• 缓冲区数组：存放数据
• 头指针（读指针）
• 尾指针（写指针）

环形缓冲区满足“先进先出的原则”

环形缓冲区的优势：

• 在普通串口接收中，数据是线性接收的，通常是通过中断或者轮询的方式处理数据。
• 而环形缓冲区适用于需要持续接收和处理数据的应用，如串口通信
• 环形缓冲区效率和可靠性高，但是需要复杂的管理逻辑

环形缓冲区的原理及实现：

环形缓冲区(ring buffer)原理与实现详解-CSDN博客

简单代码实现：

缓冲区结构体定义

1
#define RINGBUFFER_SIZE (30) typedef struct {    uint32_t w;    uint32_t r;    uint8_t buffer[RINGBUFFER_SIZE];    uint32_t itemCount;}ringbuffer_t;

初始化环形缓冲区

置零环形缓冲区中的元素

这里用到memset函数

• 解释：复制字符 c（一个无符号字符）到参数 str 所指向的字符串的前 n 个字符。
• 作用：是在一段内存块中填充某个给定的值，它是对较大的结构体或数组进行清零操作的一种最快方法
• 头文件：C中#include<string.h>，C++中#include<cstring>

这里指向的是环形缓冲区内容buffer，为uint8_t类型的数组变量，数组大小为RINGBUFFER_SIZE，使用这段语句将buffer中的内存块内容置零。

1
// 初始化环形缓冲区void ringbuffer_init(ringbuffer_t *rb){    // 设置读指针和写指针初始值为0    rb->r = 0;    rb->w = 0;    // 将缓冲区内存清零    memset(rb->buffer, 0, sizeof(uint8_t) * RINGBUFFER_SIZE);    // 初始化项目计数为0    rb->itemCount = 0;}

检查缓冲区是否已满

1
// 检查环形缓冲区是否已满uint8_t ringbuffer_is_full(ringbuffer_t *rb){    // 如果项目计数等于缓冲区大小，返回1（已满），否则返回0（未满）    return (rb->itemCount == RINGBUFFER_SIZE);}

检查缓冲区是否为空

1
// 检查环形缓冲区是否为空uint8_t ringbuffer_is_empty(ringbuffer_t *rb){    // 如果项目计数为0，返回1（为空），否则返回0（非空）    return (rb->itemCount == 0);}

向环形缓冲区写入数据

这里限制了向环形缓冲区写入数据的个数：即限定在环形缓冲区数组索引大小内

数据根据写指针当前指向的位置，进行写入。数据完成写入后，写指针递增。如果写指针当前到达缓冲区索引尾部，那么返回索引头部，即指向0

此段代码管理逻辑中，如果当前的环形缓冲区已经写满，需要经过将缓冲区的数据取出后，才能继续对缓冲区进行写入操作

1
// 向环形缓冲区写入数据int8_t ringbuffer_write(ringbuffer_t *rb, uint8_t *data, uint32_t num){    // 如果缓冲区已满，返回-1    if(ringbuffer_is_full(rb))        return -1;            // 将数据写入缓冲区    while(num--)    {        rb->buffer[rb->w] = *data++;  // 写入数据并移动写指针        rb->w = (rb->w + 1) % RINGBUFFER_SIZE;  // 写指针循环递增        rb->itemCount++;  // 增加项目计数    }        return 0;  // 写入成功返回0}

从缓冲区读取数据

缓冲区有数据，操作才有效

数据根据读指针当前指向的位置，进行读取。数据完成读取后，读指针递增。如果读指针当前到达缓冲区索引尾部，那么返回索引头部，即指向0。

1
// 从环形缓冲区读取数据int8_t ringbuffer_read(ringbuffer_t *rb, uint8_t *data, uint32_t num){    // 如果缓冲区为空，返回-1    if(ringbuffer_is_empty(rb))        return -1;        // 从缓冲区读取数据    while(num--)    {        *data++ = rb->buffer[rb->r];  // 读取数据并移动读指针        rb->r = (rb->r + 1) % RINGBUFFER_SIZE;  // 读指针循环递增        rb->itemCount--;  // 减少项目计数    }    return 0;  // 读取成功返回0}

1. 移植环形缓冲区驱动文件#

1
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
2
{
3
    if(huart->Instance == USART1)
4
    {
5
        uart_rx_ticks = uwTick;
6
        uart_rx_index++;//索引自增
7
        //每次触发回调，都要重新初始化接收中断，定义接收的位置
8
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1,&uart_r_buffer[uart_rx_index],1);
9
    }
10
}

• 判断ringbuffer是否满
• 写入数据
• 清空结构体

2. 空闲中断回调函数#

1
void uart_proc(void)
2
{
3
    if(uart_rx_index == 0) return;
4

5
    if(uwTick - uart_rx_ticks > 100)//时间超过100
6
    {
7
        printf("uart data:%s\n",uart_rx_buffer);//发送串口接收内容
8

9
        memset (uart_rx_buffer,0,uart_rx_index);//清空
10
        uart_rx_index = 0;//指针指令
11
        huart1.pRxBuffPtr = uart_rx_buffer;//uart1缓存区指针指向buffer
12
    }
13
}

2. 修改串口解析#

1
c复制代码// 空闲中断回调函数示例
2
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) {
3
    if (__HAL_UART_GET_FLAG(huart, UART_FLAG_

STM32串口通信方法总结:

• 超时解析

• DMA空闲中断

• 环形缓存区

1. CubeMX配置#

2. 驱动程序编写#

1
#define RINGBUFFER_SIZE (30)
2

3
typedef struct {
4
    uint32_t w;
5
    uint32_t r;
6
    uint8_t buffer[RINGBUFFER_SIZE];
7
    uint32_t itemCount;
8
}ringbuffer_t;

动态窗口#

• 使用环形缓存区
• 定义结构体

示例一#

使用DMA+环形缓冲区+空闲中断回调的方法，使用串口通信，在解析函数中每次解析对象为串口一次性连续接收到的数据。

所以，在解析函数uart_proc中一次完成对串口数据内容的解析即可，不需要再用状态机的判断逻辑。

1
// 初始化环形缓冲区
2
void ringbuffer_init(ringbuffer_t *rb)
3
{
4
    // 设置读指针和写指针初始值为0
5
    rb->r = 0;
6
    rb->w = 0;
7
    // 将缓冲区内存清零
8
    memset(rb->buffer, 0, sizeof(uint8_t) * RINGBUFFER_SIZE);
9
    // 初始化项目计数为0
10
    rb->itemCount = 0;
11
}