【GD32F303紅楓派開發板使用手冊】第十六講 USART-DMA串口收發實驗
16.1實驗內容
通過本實驗主要學習以下內容：
16.2實驗原理
16.2.1串口DMA工作原理
在前面ADC章節中，我們介紹了DMA的工作原理，這里就不多做介紹。從GD32F303用戶手冊中可以查到，各串口的TX和RX分別對應DMA的不同通道，比如USART0的TX對應DMA0的通道3，而RX對應DMA0的通道4。
當需要使用DMA發送時，需要配置DMA工作為內存到外設的模式，DMA目標地址需要設置為串口的數據寄存器，當DMA使能后，一旦串口的TBE（發送空）標志位為1，則DMA自動從內存中搬運數據到串口數據寄存器中。
當需要使用DMA接受時，需要配置DMA工作為外設到內存的模式，DMA的源地址需要設置為串口的數據寄存器，當DMA使能，一旦串口收到一個字節數據，RBNE（接受非空）標志位為1，則DMA自動將數據寄存器中的數據搬運到內存中。
16.2.2串口寄存器介紹
串口有幾個非常重要的寄存器需要讀者理解，這里單獨用一個章節來介紹。
數據寄存器（USART_DATA）
該寄存器雖然只有一個，但內部是映射為發送和接受兩個寄存器。
發送時，除了發送數據寄存器，還有一個移位寄存器，當數據寫入數據寄存器中，移位寄存器空閑的情況下，數據從數據寄存器中轉移到移位寄存器，移位寄存器按照低bit——高bit的順序將數據移位到IO口上。
接收時，接收到的數據保存在數據寄存器中，CPU或DMA可以從該寄存器中讀接收到的數據。
狀態寄存器0（USART_STAT0 ）
我們需要特別理解TBE、TC、RBNE、IDLE、OREE這幾位。
- TBE（發送空）：這個位置“1”表示現在可以往數據寄存器中寫數據了，當移位寄存器空閑時，寫入到數據寄存器中的數據則會轉移到移位寄存器中，串口開始對外發送數據；
- TC（發送完成）：發送數據時，當數據寄存器和移位寄存器都為空時，表示所有的數據都已經完成了，則TC置“1”，所以當連續發數據時，最后一個字節從移位寄存器中發送完，TC才會置起。
- RBNE（接受非空）：當串口接受到一個字節數據，RBNE置“1”，此時CPU可以去數據寄存器中取數據，當使用了DMA接受，DMA自動將數據寄存器中數據搬走，當數據寄存器數據被讀走/搬走，RBNE位自動清“0”；
- IDLE（空閑）：該標志位用于檢測接受空閑，當串口接受最后一個字節后，再往后一個字節時間內，沒有接受到新的數據，則該位置“1”；
IDLE一般用于串口DMA接受中，DMA接受中，MCU無法知道發送方的數據個數，所以可以通過判斷IDLE位（或IDLE中斷）來判斷發送方一幀數據發送結束了。 |
- OREE（溢出錯誤）：當RBNE置位的情況，又接收到一個字節數據，則OREE位置“1”。
16.3硬件設計
本實驗使用DMA進行串口發送和接收，仍然使用USB轉UART接口，硬件設計見上一章。
16.4代碼解析
16.4.1串口DMA發送函數
在driver_uart.c中定義了串口DMA發送函數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
在driver_uart.c中定義了串口DMA接收函數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; } |
16.4.3main函數實現
以下為main函數代碼：
| C int main(void) { delay_init(); //初始化UART為DMA模式，注冊接受完成（IDLE）回調函數 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100byte driver_uart_dma_receive(&BOARD_UART,uart_rec_buff,100); while (1) { //查詢到接受完成回調函數標志 if(uart_receive_complete_flag==SET) { uart_receive_complete_flag=RESET; //發送剛接受到的數據 driver_uart_dma_transmit(&BOARD_UART,uart_send_buff,uart_receive_count); } } } |
本例程main函數首先進行了延時函數初始化，再初始化UART為DMA模式，接著配置串口BOARD_UART，開啟串口中斷NVIC，這里使用到了IDLE中斷，用來接受不定長數據，然后配置串口DMA接受，最長100個字節，所以我們可以給串口發送100個字節以下長度的數據。在while（1）循環中循環查詢uart_receive_complete_flag標志位，當該標志位為“SET”時，表示IDLE中斷被觸發，一幀數據接受完，最后將接收到的幀數據通過DMA發送方式原封不動發送到串口上。
16.4.4中斷函數
在bsp_uart.c中定義了串口中斷處理函數
| 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：
| 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實驗結果
使用USB-TypeC線，連接電腦和板上USB to UART口后，使用串口調試助手發送一幀數據到MCU，MCU會將這幀數據回發到串口調試助手中。
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?SPI通信協議，參考19.2.1東方紅開發板使用手冊
?GD32F303 SPI操作方式，參考19.2.2東方紅開
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