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。
因为公众号近期改变了推送规则，如果想及时接收本公众号的文章，可以在阅读后，点个赞或在看，也可直接星标本公众号，这样每次推送的文章可以第一时间出现在您的订阅列表里面。
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;}}}
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;}}
#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 128static 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.9GPIO_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.10GPIO_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DMAUSART_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。
