串口通信-中斷方式

1 中斷方式的串口通信

串口中斷方式的特點：

發(fā)送數(shù)據(jù)時，將一字節(jié)數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)寄存器DR；接收數(shù)據(jù)時，將DR的內(nèi)容存放到用戶存儲區(qū)；
中斷方式不必等待數(shù)據(jù)的傳輸過程，只需要在每字節(jié)數(shù)據(jù)收發(fā)完成后，由中斷標志位觸發(fā)中斷，在中斷服務(wù)程序中放入新的一字節(jié)數(shù)據(jù)或者讀取接收到的一字節(jié)數(shù)據(jù)；
在傳輸數(shù)據(jù)量較大，且通信波特率較高（大于38400）時，如果采用中斷方式，每收發(fā)一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，CPU都會被打斷，造成CPU無法處理其他事務(wù)。因此在批量數(shù)據(jù)傳輸，通信波特率較高時，建議采用DMA方式。

串口中斷方式發(fā)送函數(shù)：HAL_UART_Transmit_IT

函數(shù)原型	`HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_Handle TypeDef huart, uint 8_t pData, uint 16_t Size)`
功能描述	在中斷方式下發(fā)送一定數(shù)量的數(shù)據(jù)
入口參數(shù)1	huart：串口句柄的地址
入口參數(shù)	pData：待發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址
入口參數(shù)3	Size：待發(fā)送數(shù)據(jù)的個數(shù)
入口參數(shù)4	Timeout：超時等待時間，以ms為單位， HAL MAX DELAY表示無限等待
返回值	HAL狀態(tài)值：HAL_OK表示發(fā)送成功；HAL_ERROR表示參數(shù)錯誤；HAL_BUSY表示串口被占用；
注意事項	1. 函數(shù)將使能串口發(fā)送中斷2. 函數(shù)將置位TXEIE和TCIE，使能發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷和發(fā)送完成中斷。完成指定數(shù)量的數(shù)據(jù)發(fā)送后，將會關(guān)閉發(fā)送中斷，即清零TXEIE和TCIE。因此用戶采用中斷方式連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要重復(fù)調(diào)用該函數(shù)，以便重新開啟發(fā)送中斷3. 當指定數(shù)量的數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，將調(diào)用發(fā)送中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_TxCpltCallback進行后續(xù)處理4. 該函數(shù)由用戶調(diào)用

串口中斷方式接收函數(shù)：HAL_UART_Receive_IT

函數(shù)原型	`HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_Handle TypeDef huart, uint 8_t pData, uint 16_t Size, uint 32_t Timeout)`
功能描述	在中斷方式下接收一定數(shù)量的數(shù)據(jù)
入口參數(shù)1	huart：串口句柄的地址
入口參數(shù)2	pData：存放數(shù)據(jù)的首地址
入口參數(shù)3	Size：待接收數(shù)據(jù)的個數(shù)
入口參數(shù)4	Timeout：超時等待時間，以ms為單位， HAL MAX DELAY表示無限等待
返回值	HAL狀態(tài)值：HAL_OK表示發(fā)送成功；HAL_ERROR表示參數(shù)錯誤；HAL_BUSY表示串口被占用；
注意事項	1. 函數(shù)將使能串口接收中斷2. 函數(shù)將置位RXNEIE，使能接收數(shù)據(jù)寄存器非空中斷RXNE。完成指定數(shù)量的數(shù)據(jù)接收后，將會關(guān)閉接收中斷，即清零RXNEIE。因此用戶采用中斷方式連續(xù)接收數(shù)據(jù)時，要重復(fù)調(diào)用該函數(shù)，以重新開啟接收中斷3. 當指定數(shù)量的數(shù)據(jù)接收完成后，將調(diào)用接收中斷回調(diào)函數(shù)HAL_UART_RxCpltCallback進行后續(xù)處理4. 該函數(shù)由用戶調(diào)用

串口中斷通用處理函數(shù)：HAL_UART_IRQHandler

函數(shù)原型	`void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)`
功能描述	作為所有串口中斷發(fā)生后的通用處理函數(shù)
入口參數(shù)	htim：定時器句柄的地址
返回值	無
注意事項	1. 函數(shù)內(nèi)部先判斷中斷類型，并清除對應(yīng)的中斷標志，最后調(diào)用回調(diào)函數(shù)完成對應(yīng)的中斷處理2. 該函數(shù)由CubeMX自動生成

串口發(fā)送中斷回調(diào)函數(shù)：HAL_UART_TxCpltCallback

函數(shù)原型	`void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)`
功能描述	回調(diào)函數(shù)，用于處理所有串口的發(fā)送中斷，用戶在該函數(shù)內(nèi)編寫實際的任務(wù)處理程序
入口參數(shù)	htim：定時器句柄的地址
返回值	無
注意事項	1. 函數(shù)由串口中斷通用處理函數(shù)HAL_UART_IRQHandler調(diào)用，完成所有注意事項2.串口的發(fā)送中斷任務(wù)處理函數(shù)內(nèi)部需要根據(jù)串口句柄的實例來判斷是哪一個串口產(chǎn)生的發(fā)送中斷3. 函數(shù)由用戶根據(jù)具體的處理任務(wù)編寫

串口接收中斷回調(diào)函數(shù)：HAL_UART_RxCpltCallback

函數(shù)原型	`void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)`
功能描述	回調(diào)函數(shù)，用于處理所有串口的接收中斷，用戶在該函數(shù)內(nèi)編寫實際的任務(wù)處理程序
入口參數(shù)	htim：定時器句柄的地址
返回值	無
注意事項	1. 函數(shù)由串口中斷通用處理函數(shù)HAL_UART_IRQHandler調(diào)用，完成所有注意事項2.串口的發(fā)送中斷任務(wù)處理函數(shù)內(nèi)部需要根據(jù)串口句柄的實例來判斷是哪一個串口產(chǎn)生的接收中斷3. 函數(shù)由用戶根據(jù)具體的處理任務(wù)編寫

串口中斷使能函數(shù)：__HAL_UART_ENABLE_IT

函數(shù)原型	`__HAL_UART_ENABLE_IT(__HANDLE__, __INTERRUPT__)`
功能描述	使能對應(yīng)的串口中斷類型
入口參數(shù)	__INTERRUPT __ ：串口中斷類型，該參數(shù)幾個常用的取值如下UART_IT_TXE ：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷UART_IT_TC ：發(fā)送完成中斷UART_IT_RXNE：接收數(shù)據(jù)寄存器非空中斷UART_IT_IDLE ：線路空閑中斷
返回值	無
注意事項	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于使能對應(yīng)的串口中斷類型

串口中斷標志查詢函數(shù)：__HAL_UART_GET_FLAG

函數(shù)原型	`__HAL_UART_GET_FLAG (__HANDLE__, __INTERRUPT__)`
功能描述	查詢對應(yīng)的串口中斷類型
入口參數(shù)	__INTERRUPT __ ：串口中斷類型，該參數(shù)幾個常用的取值如下UART_IT_TXE ：發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空中斷UART_IT_TC ：發(fā)送完成中斷UART_IT_RXNE：接收數(shù)據(jù)寄存器非空中斷UART_IT_IDLE ：線路空閑中斷
返回值	中斷標志的狀態(tài)值：SET表示中斷標志置位；RESET表示中斷標志沒有置位
注意事項	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于查詢對應(yīng)的串口中斷類型

空閑中斷標志清除函數(shù)：__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG

函數(shù)原型	`__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG`
功能描述	清除串口的空閑中斷標志
入口參數(shù)	HANDLE ：串口句柄的地址
返回值	無
注意事項	1. 該函數(shù)是宏函數(shù)，進行宏替換，不發(fā)生函數(shù)調(diào)用2. 函數(shù)需要由用戶調(diào)用，用于清除對應(yīng)的串口空閑中斷標志

2 HAL庫串口中斷處理過程：

HAL_UART_Receive_IT：開啟中斷，在中斷方式下接收一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。
USART2_IRQHandler：串口2的中斷服務(wù)程序，調(diào)用串口中斷通用處理函數(shù)HAL_UART_IRQHandler。
HAL_UART_IRQHandler：在函數(shù) HAL_UART_IRQHandler內(nèi)部通過判斷中斷類型是否為接收完成中斷，確定是否調(diào)用UART_Receive_IT。

函數(shù)UART_Receive_IT的作用是把每次中斷接收到的字符保存在串口句柄的緩存指針pRxBuffPtr中，同時每次接收一個字符，其計數(shù)器 RxXferCount 減 1，直到接收完成 RxXferSize 個字符之后 RxXferCount設(shè)置為0，同時調(diào)用接收完成回調(diào)函數(shù) HAL_UART_RxCpltCallback進行處理。

HAL_UART_RxCpltCallback：函數(shù)由串口中斷通用處理函數(shù)UART_Receive_IT調(diào)用，完成所有串口的接收中斷任務(wù)處理，函數(shù)內(nèi)部需要根據(jù)串口句柄的實例來判斷是哪一個串口產(chǎn)生的接收中斷，函數(shù)由用戶根據(jù)具體的處理任務(wù)編寫。

3 任務(wù)實踐2

利用串口調(diào)試助手，從PC上發(fā)送10個字符到開發(fā)板，開發(fā)板收到后原樣發(fā)回到PC。

前后臺編程模式： 前臺程序為中斷服務(wù)程序，一旦數(shù)據(jù)接收完成，則設(shè)置一個標志位為1；后臺程序為while(1)的死循環(huán)，在循環(huán)中不斷檢測標志位是否為1。如果為1，表明數(shù)據(jù)接收完成，并存放在接收緩沖區(qū)中。然后進行后續(xù)處理：先清除標志位，再把接收的數(shù)據(jù)原樣發(fā)回。

串口外設(shè)配置
1. 異步模式，無硬件流控
2. 設(shè)置通信參數(shù)：波特率115200，8位數(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，1位停止位，使能接收和發(fā)送，16倍過采樣（CubeMX默認配置）
3. 使能串口中斷

編寫代碼
printf和scanf重定向：略

// -----------------------------------------------------------------------//
/* USER CODE BEGIN PD */
#define LENGTH 10         // 接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小
/* USER CODE END PD */

// -----------------------------------------------------------------------//
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t RxBuffer[LENGTH]; // 接收緩沖區(qū)
uint8_t RxFlag = 0;       // 接收完成標志，0未完成，1完成
/* USER CODE END PV */

// -----------------------------------------------------------------------//
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // 打印提示信息
  printf("UART Communication Using ITn");
  printf("Please enter 10 characters:n");
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)RxBuffer, LENGTH);  // 使能接收中斷
  /* USER CODE END 2 */

// -----------------------------------------------------------------------//
  while (1)
  {
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    if (RxFlag == 1)   // 判斷接收是否完成
    {
      RxFlag = 0;      // 接收完成，清除標志位
      printf("Receive Successfully!n");  // 打印提示信息
      HAL_UART_Transmit_IT(&huart1, (uint8_t*)RxBuffer, LENGTH);  // 將接收的字符原樣發(fā)回
    }
  }
  /* USER CODE END 3 */

// -----------------------------------------------------------------------//
/* USER CODE BEGIN 4 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
  return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
  uint8_t ch = 0;
  HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
  return ch;
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if (huart- >Instance == USART1)  // 判斷發(fā)生接收中斷的串口
  {
    RxFlag = 1;  // 置位接收完成b標志
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t*)RxBuffer, LENGTH);  // 使能接收中斷
  }
}
/* USER CODE END 4 */
// -----------------------------------------------------------------------//

實驗現(xiàn)象

4 任務(wù)實踐3

實現(xiàn)簡單的幀格式通信：PC按照自定義的幀格式發(fā)送指令開啟或關(guān)閉開發(fā)板上的LED1。

幀格式的概念：

幀（Frame）是數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N單位。一幀數(shù)據(jù)由多個字符組合而成，不同字段的字符代表不同的含義，執(zhí)行不同的功能；
在實際的工程應(yīng)用中，數(shù)據(jù)的傳輸常常以幀為單位來進行，如工控領(lǐng)域中最常用的Modbus通信協(xié)議中的消息幀；
發(fā)送方按照規(guī)定的幀格式發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，接收方接收下這一幀數(shù)據(jù)后，再按照幀格式進行解析，最后完成后續(xù)的處理。

Modbus消息幀格式：

起始符	設(shè)備地址	功能代碼	數(shù)據(jù)	校驗	結(jié)束符
1個字符	2個字符	1個字符	n個字符	2個字符	1個字符

起始符：表示一幀數(shù)據(jù)的開始
設(shè)備地址：用于指定需要進行信息傳遞的設(shè)備
功能代碼：用于指定需要完成的操作
數(shù)據(jù)：表示需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)
校驗：用于通信中的錯誤校驗
結(jié)束符：表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束

自定義的幀格式設(shè)定：

幀頭	設(shè)備碼	功能碼	幀尾
0xaa	1個字符（8bit）	1個字符（8bit）	0x55

幀頭：0xaa表示一幀數(shù)據(jù)的開始
設(shè)備碼：0x01表示指示燈
功能碼：0x00表示關(guān)閉指示燈，0x01表示開啟指示燈
幀尾：0x55表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束

串口配置同任務(wù)實踐1
配置PA1為GPIO_Output模式

編寫代碼

// -----------------------------------------------------------------------//
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t RxBuffer[4];  // 接收緩沖區(qū)
uint8_t RxFlag = 0;   // 接收完成標志，0位完成，1完成
uint8_t ErrFlag = 0;  // 指令錯誤標志，0正確，1錯誤
/* USER CODE END PV */

// -----------------------------------------------------------------------//
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // 打印提示信息
  printf("*****  Communication Frame  *****n");
  printf("Please enter instruction:n");
  printf("Head- >0xaa, Device- >0x01, Operation- >0x00/0x10, Tail- >0x55n");
  HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t*)RxBuffer, 4);  // 使能接收中斷
  /* USER CODE END 2 */

// -----------------------------------------------------------------------//
  while(1)
  {
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    // Determine if reception is complete
    if (RxFlag == 1)  // 判斷接收是否完成              
    {
      RxFlag = 0;     // 完成，清除標志位   

      // 幀格式解析
      printf("head = RxBuffer[0] = %xn", RxBuffer[0]);
      printf("tail = RxBuffer[3] = %xn", RxBuffer[3]);
      printf("device = RxBuffer[1] = %xn", RxBuffer[1]);
      printf("function = RxBuffer[2] = %xn", RxBuffer[2]);

      if (RxBuffer[0] == 0xaa && RxBuffer[3] == 0x55)  // 判斷幀頭幀尾
      {
        if (RxBuffer[1] == 0x01)          // 判斷設(shè)備碼
        {
          if (RxBuffer[2] == 0x00)        // 判斷功能碼
          {
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
            printf("LED1 is close!n");
          }
          else if (RxBuffer[2] == 0x01)   // 判斷功能碼
          {
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
            printf("LED1 is open!n");
          }
          else              // 功能碼錯誤
          {
            ErrFlag = 3;
          }
        }
        else                // 設(shè)備碼錯誤
        {
          ErrFlag = 2;      
        }
      }
      else                  // 幀頭幀尾錯誤
      {
        ErrFlag = 1;
      }

      // 發(fā)送錯誤提示信息
      switch (ErrFlag)
      {
        case 1: 
          printf("Head and tail error! Please send again!n");
          break;
        case 2: 
          printf("Device code error! Please send again!n");  
          break;
        case 3: 
          printf("Function code error! Please send again!n");  
          break;   
        default:
          break;
      }

      // 清除接收緩沖區(qū)和錯誤標志，準備下一次接收
      ErrFlag = 0;
      RxBuffer[0] = 0;
      RxBuffer[1] = 0;
      RxBuffer[2] = 0;
      RxBuffer[3] = 0;
    }
  }
  /* USER CODE END 3 */

// -----------------------------------------------------------------------//
/* USER CODE BEGIN 4 */
int fputc (int ch, FILE *f)
{
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

int fgetc(FILE *f)
{
    uint8_t ch = 0;
    HAL_UART_Receive(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
    return ch;
}

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if (huart- >Instance == USART1)  // 判斷發(fā)生接收中斷的串口
  {
    RxFlag = 1;  // 置位接收完成標志
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1 , (uint8_t*)RxBuffer, 4);  // 使能串口中斷
  }
}
/* USER CODE END 4 */

實驗現(xiàn)象

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目錄通信基礎(chǔ)知識STM32串口通信基礎(chǔ)(UART)串口通信

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STM32中的串口通信的基礎(chǔ)知識

目錄串口通信基本原理并行通信與串行通信串行通信中單工，半雙工和全雙工的區(qū)別按通信

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STM32串口中斷之DMA通信

一.DMA介紹DMA詳細介紹請轉(zhuǎn)博客：嵌入式：初次了解STM32的USART串口通訊（中斷方式）_LaiYiFei25的博客-CSDN博客DMA框圖二.

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STM32CubeMX實現(xiàn)串口通信（中斷方式）

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STM32串口通信簡明知識

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