说明

最近在看到一篇博文：地址，讲高效串口的实现，简单的说就是利用了DMA + 空闲中断 + 双缓冲 + 循环接收方式，实际音频上面也是双缓冲这样的实现方式，只不过串口这边一直没有做相应的优化，现在有时间就优化下串行的驱动框架代码

硬件平台

STM32H743VIT6
BSP：HAL库

代码实现

代码拥有三个接口文件：
SERIAL_Port实现串行数据的处理接收、发送

/***  @file SERIAL_Port.h**  @date 2022年10月18日 10:20:26 星期二**  @author Copyright (c) 2022 aron566 <aron566@163.com>.**  @brief 串口操作接口.**  @version v1.0.0*/
#ifndef _SERIAL_PORT_H
#define _SERIAL_PORT_H
/** Includes -----------------------------------------------------------------*/
#include <stdint.h> /**< need definition of uint8_t */
#include <stddef.h> /**< need definition of NULL    */
#include <stdbool.h>/**< need definition of BOOL    */
#include <stdio.h>  /**< if need printf             */
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
// #include <limits.h> /**< need variable max value    */
// #include <stdalign.h> /**< need alignof    */
// #include <stdarg.h> /**< need va_start    */
/** Private includes ---------------------------------------------------------*/
#include "CircularQueue.h"
/** Use C compiler -----------------------------------------------------------*/
#ifdef __cplusplus ///< use C compiler
extern "C" {#endif
/** Private defines ----------------------------------------------------------*/
#define USE_USB_CDC   0
/** Exported typedefines -----------------------------------------------------*//* 串口端口号 */
typedef enum
{SERIAL_PORT_UART_0 = 0,SERIAL_PORT_UART_1,SERIAL_PORT_UART_2,SERIAL_PORT_UART_3,SERIAL_PORT_UART_4,SERIAL_PORT_UART_5,SERIAL_PORT_UART_6,SERIAL_PORT_UART_7,SERIAL_PORT_UART_8,SERIAL_PORT_USB_CDC_0,SERIAL_PORT_USB_CDC_1,SERIAL_PORT_USB_CDC_2,SERIAL_PORT_NUM_MAX,
}SERIAL_PORT_SERIAL_NUM_Typedef_t;/* 串口状态 */
typedef enum
{SERIAL_PORT_READY     = 0,SERIAL_PORT_TX_IDEL   = 1 << 0,SERIAL_PORT_RX_IDEL   = 1 << 1,SERIAL_PORT_RX_TX_IDEL= 3,SERIAL_PORT_TX_BUSY   = 1 << 2,SERIAL_PORT_RX_BUSY   = 1 << 3,SERIAL_PORT_RX_TX_BUSY= 12,SERIAL_PORT_ERROR     = 1 << 4,
}SERIAL_STATE_Typedef_t;/** Exported constants -------------------------------------------------------*//** Exported macros-----------------------------------------------------------*/
/** Exported variables -------------------------------------------------------*/
/** Exported functions prototypes --------------------------------------------*//*** @brief 串口初始化**/
void Serial_Port_Init(void);/*** @brief 串口反初始化**/
void Serial_Port_DeInit(void);/*** @brief 串口数据发送** @param Serial_Num 串口号* @param Data 数据，阻塞时间为0时不可使用局部变量* @param Len 数据长度* @param Block_Time 阻塞时间* @return true 调用发送成功* @return false 调用发送失败*/
bool Serial_Port_Transmit_Data(SERIAL_PORT_SERIAL_NUM_Typedef_t Serial_Num, const uint8_t *Data, uint32_t Len, uint32_t Block_Time);/*** @brief 获取串口空闲状态** @param Serial_Num 串口号* @return SERIAL_STATE_Typedef_t 状态*/
SERIAL_STATE_Typedef_t Serial_Port_Get_Idel_State(SERIAL_PORT_SERIAL_NUM_Typedef_t Serial_Num);/*** @brief 获取环形句柄** @param Serial_Num 串口号* @return CQ_handleTypeDef* 环形句柄*/
CQ_handleTypeDef *Serial_Port_Get_CQ(SERIAL_PORT_SERIAL_NUM_Typedef_t Serial_Num);/*** @brief 串口半中断** @param Arg 串口句柄参数*/
void Serial_Port_Half_IT_CallBack(void *Arg);/*** @brief 串口完成中断** @param Arg 串口句柄参数*/
void Serial_Port_Complete_IT_CallBack(void *Arg);/*** @brief 串口中断** @param Arg 串口句柄参数* @param Size 数据大小字节*/
void Serial_Port_IT_CallBack(void *Arg, uint32_t Size);/*** @brief CDC串口完成中断** @param Arg CDC句柄参数* @param Data 数据* @param Len 数据长度* @param EPNum 端口号*/
void Serial_Port_Complete_CDC_IT_CallBack(void *Arg, const uint8_t *Data, uint32_t Len, uint8_t EPNum);/*** @brief 设置串口波特率** @param Serial_Num 串口号* @param BaudRate 波特率*/
void Serial_Port_Set_BaudRate(SERIAL_PORT_SERIAL_NUM_Typedef_t Serial_Num, uint32_t BaudRate);#ifdef __cplusplus ///<end extern c
}
#endif
#endif
/******************************** End of file *********************************/

CircularQueue实现环形缓冲区

utilities实现部分宏定义接口

测试

将SERIAL_Port.c文件中，回环测试打开

#define USE_LOOPBACK              1 /**< 是否使用数据回环打印 */

移植

如果使用STM32平台直接配置串口后，移植以上三个文件即可，如果是其他平台，需要实现以下接口


/* 串口设备对象 */
typedef struct Serial_Port_Handle
{/* 串口句柄 */void *pSerial_Handle;/* 数据缓存 */CQ_handleTypeDef *pCQ_Handle;uint8_t *pReceive_Buffer;uint32_t Buffer_Size;/* 接收数据大小累积，每次满中断置0 */uint32_t Last_Rec_Data_Size_Cnt;/* 阻塞 */void *pSemaphoreId;void (*pLock_CallBack)(void *pSemaphoreId);void (*pUnLock_CallBack)(void *pSemaphoreId);/* 初始化，反初始化 */void (*pInit)(void *pSerial_Port_Handle);void (*pDeInit)(void *pSerial_Port_Handle);/* 发送，接收接口 */bool (*pSend_Data_Start)(void *pSerial_Port_Handle, const uint8_t *Data, uint32_t Len, uint32_t BlockTime);bool (*pReceive_Data_Start)(void *pSerial_Port_Handle, uint8_t *Buffer, uint32_t Len, uint32_t BlockTime);/* 启动接口 */bool (*pStart)(void *pSerial_Port_Handle);/* 获取状态 */SERIAL_STATE_Typedef_t (*pGet_Serial_State)(void *pSerial_Port_Handle);/* 设置波特率 */bool (*pSet_BaudRate)(void *pSerial_Port_Handle, uint32_t BaudRate);/* 中断回调接口 */void (*pReceive_Half_IT)(void *pSerial_Port_Handle);void (*pReceive_Complete_IT)(void *pSerial_Port_Handle);void (*pSerial_IT)(void *pSerial_Port_Handle);/* USB CDC私有 */uint8_t INepNum;                /**< 主机接收端点地址 */uint8_t OUTepNum;               /**< 主机发送端点地址 */void (*pSerial_Rec_IT)(void *pSerial_Port_Handle, const uint8_t *Data, uint32_t Len);
}SERIAL_PORT_HANDLE_Typedef_t;

可以参考以下

  /* 初始化串口 */SERIAL_PORT_HANDLE_Typedef_t *pSerial_Device = &Serial_Device_List[SERIAL_PORT_UART_2];pSerial_Device->pSerial_Handle = &huart2;pSerial_Device->pCQ_Handle = cb_create(1024);if(NULL == pSerial_Device->pCQ_Handle){printf("Serial Port Uart 2 Malloc Buf Faild.\r\n");return;}pSerial_Device->pReceive_Buffer = Uart2_DMA_Buf;//(uint8_t *)SERIAL_PORT_MALLOC(1024);pSerial_Device->Buffer_Size = 16;pSerial_Device->pStart = UART_Start;pSerial_Device->pInit = UART_Init;pSerial_Device->pDeInit = UART_DeInit;pSerial_Device->pSend_Data_Start = UART_Send_Data_Start;pSerial_Device->pReceive_Data_Start = UART_Receive_Data_Start;pSerial_Device->pGet_Serial_State = UART_Get_Idel_State;pSerial_Device->pSet_BaudRate = UART_Set_BaudRate;pSerial_Device->pSemaphoreId = NULL;pSerial_Device->pLock_CallBack = NULL;pSerial_Device->pUnLock_CallBack = NULL;pSerial_Device->pReceive_Half_IT = UART_Receive_Half_IT;pSerial_Device->pReceive_Complete_IT = UART_Receive_Complete_IT;pSerial_Device->pSerial_IT = UART_Idel_IT;pSerial_Device->Last_Rec_Data_Size_Cnt = 0;/* 启动接收 */pSerial_Device->pStart(pSerial_Device);

并将中断服务函数添加到相应的位置(Serial_Port_IT_CallBack、Serial_Port_Half_IT_CallBack、Serial_Port_Complete_IT_CallBack)，参考以下：

/*** @brief 串口接收事件中断** @param huart 串口句柄* @param Size 接收数据大小*/
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{Serial_Port_IT_CallBack(huart, Size);
}/*** @brief 串口半接收完成中断** @param huart 串口句柄*/
void HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{Serial_Port_Half_IT_CallBack(huart);
}/*** @brief 串口接收完成中断** @param huart 串口句柄*/
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{Serial_Port_Complete_IT_CallBack(huart);
}

需要注意的地方

以STM32为例：

使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA接口，半接收中断服务函数与接收完成服务函数为HAL_UARTEx_RxEventCallback
所以程序中做了如下处理：


/*** @brief 串口中断** @param Arg 串口句柄参数* @param Size 数据大小字节*/
void Serial_Port_IT_CallBack(void *Arg, uint32_t Size)
{for(int i = 0; i < SERIAL_PORT_NUM_MAX; i++){if(Arg == Serial_Device_List[i].pSerial_Handle){/* 检测到半完成中断类型 */if(Size == Serial_Device_List[i].Buffer_Size / 2){if(NULL == Serial_Device_List[i].pReceive_Half_IT){return;}Serial_Device_List[i].pReceive_Half_IT(&Serial_Device_List[i]);return;}/* 检测到完成中断类型 */if(Size == Serial_Device_List[i].Buffer_Size){if(NULL == Serial_Device_List[i].pReceive_Complete_IT){return;}Serial_Device_List[i].pReceive_Complete_IT(&Serial_Device_List[i]);return;}/* 空闲 or 其他 */if(NULL == Serial_Device_List[i].pSerial_IT){return;}Serial_Device_List[i].pSerial_IT(&Serial_Device_List[i]);return;}}
}

H7有总线访问的问题，需要注意自己的外设能不能访问某一段内存，以及DMA与Cache的影响数据错误的问题

“空闲中断中必须先停止接收才能拿到正确数据” 某博主的这句话不一定全部适用于STM32芯片，H7就没这事，不过也预留了接口去启用

#define USE_DMA_CIRCULAR_MODE     1 /**< 已使用硬件DMA循环接收模式，1代表打开，0代表未打开（未打开或者主动设置为0时，接收到数据将先停止接收再主动重启接收） */

代码仓库

https://github.com/aron566/Serial_Port

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