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16.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

通過本實(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用戶手冊中可以查到，各串口的TX和RX分別對應(yīng)DMA的不同通道，比如USART0的TX對應(yīng)DMA0的通道3，而RX對應(yīng)DMA0的通道4。

當(dāng)需要使用DMA發(fā)送時，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，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，一旦串口收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)，RBNE（接受非空）標(biāo)志位為1，則DMA自動將數(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

串口有幾個非常重要的寄存器需要讀者理解，這里單獨(dú)用一個章節(jié)來介紹。

數(shù)據(jù)寄存器（USART_DATA）

該寄存器雖然只有一個，但內(nèi)部是映射為發(fā)送和接受兩個寄存器。

發(fā)送時，除了發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器，還有一個移位寄存器，當(dāng)數(shù)據(jù)寫入數(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。

接收時，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）：這個位置“1”表示現(xiàn)在可以往數(shù)據(jù)寄存器中寫數(shù)據(jù)了，當(dāng)移位寄存器空閑時，寫入到數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)則會轉(zhuǎn)移到移位寄存器中，串口開始對外發(fā)送數(shù)據(jù)；
TC（發(fā)送完成）：發(fā)送數(shù)據(jù)時，當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器和移位寄存器都為空時，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，最后一個字節(jié)從移位寄存器中發(fā)送完，TC才會置起。
RBNE（接受非空）：當(dāng)串口接受到一個字節(jié)數(shù)據(jù)，RBNE置“1”，此時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位自動清“0”；
IDLE（空閑）：該標(biāo)志位用于檢測接受空閑，當(dāng)串口接受最后一個字節(jié)后，再往后一個字節(jié)時間內(nèi)，沒有接受到新的數(shù)據(jù)，則該位置“1”；

IDLE一般用于串口DMA接受中，DMA接受中，MCU無法知道發(fā)送方的數(shù)據(jù)個數(shù)，所以可以通過判斷IDLE位（或IDLE中斷）來判斷發(fā)送方一幀數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束了。

OREE（溢出錯誤）：當(dāng)RBNE置位的情況，又接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)，則OREE位置“1”。

16.3硬件設(shè)計

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)計見上一章。

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;
}

16.4.3main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100byte
driver_uart_dma_receive(&BOARD_UART,uart_rec_buff,100);

while (1)
{
//查詢到接受完成回調(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)行了延時函數(shù)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(shù)據(jù)，然后配置串口DMA接受，最長100個字節(jié)，所以我們可以給串口發(fā)送100個字節(jié)以下長度的數(shù)據(jù)。在while（1）循環(huán)中循環(huán)查詢uart_receive_complete_flag標(biāo)志位，當(dāng)該標(biāo)志位為“SET”時，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DMA發(fā)送方式原封不動發(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會將這幀數(shù)據(jù)回發(fā)到串口調(diào)試助手中。

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