串口使用DMA与不使用DMA有什么区别？

一.关于DMA

1.什么是DMA?
答： DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问) 是所有现代电脑的重要特色，它允许不同速度的硬件装置来沟通，而不需要依赖于CPU的大量中断负载。否则，CPU需要从来源把每一片段的资料复制到暂存器，然后把它们再次写回到新的地方。在这个时间中，CPU对于其他的工作来说就无法使用。*
2.DMA的意义是什么?
答： 简单的来说，能控制主存内部读写，这样有利于减轻CPU负担，加快读取速度。
3.串口使用DMA与不使用DMA有什么区别？
答： 区别可大了。通俗的讲：在没有DMA之前，串口每次发送数据时都要由CPU将源地址上的数据拷贝到串口发送的相关寄存器上；串口每次接收数据时都要由CPU将发送来的数据拷贝到主存上。而加了DMA后，只需要告诉DMA源地址和目标地址，DMA通道就能够自动进行数据的转移，即CPU只需要告诉DMA：串口需要发送的数据在哪里，串口接收到的数据应该存在哪里，运输的工作则交由DMA去做，运输期间CPU就可以去处理别的事情，这就大大提高了CPU的运行效率。
二.DMA的应用场景

DMA用在只需要传输数据，不需要处理数据的地方，有三种传输方式：

• 外设→存储器 （例如：将串口RDR寄存器写入某数据buf）
  
• 存储器→外设 （例如：将某数据buf写入串口TDR寄存器）
  
• 存储器→存储器（例如：复制某特别大的数据buf）
  
  

三.DMA控制器结构

Stm32F4最多有：2个DMA控制器，各8个数据流，每个数据流有8个通道（或请求），每个通道有一个仲裁器，用于处理请求的优先级。




四.Stm32实现串口DMA传输

开发环境：CubeMX   Vesion 5.4.0
     Keil      Vesion 5.28
1.CubeMX配置串口DMA






打开串口一，同时打开串口接收中断、DMA发送、DMA接收。
 

2.DMA串口数据发送
/* @brief  DMA串口发送函数（非阻塞）
  * @param  huart       串口句柄
  * @param  pData       发送的数据指针
  * @param  Size        数据量（数据的字节数）
  * @retval HAL status  HAL_OK、HAL_ERROR、HAL_BUSY、HAL_TIMEOUT
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)


在需要的地方调用HAL_UART_Transmit_DMA（······）即可完成数据发送，例如：


uint8_t data_16[4]={0x11,0x22,0x33,0x44};
uint8_t data_character[]="hello! I am 马云";
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,data_16,4);
HAL_Delay(1);//等待上一次发送完毕后再开启下一次发送
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1,data_character, sizeof(data_character));


测试结果：








3.DMA串口数据接收
/* @brief  串口DMA接收函数
  * @param  huart  串口句柄
  * @param  pData  数据指针
  * @param  Size   数据量（数据字节数）
  * @retval HAL status   HAL_OK、HAL_ERROR、HAL_BUSY、HAL_TIMEOUT
  */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)


4.串口空闲中断（IDLE）
当DMA串口接收开始后，DMA通道会不断的将发送来的数据转移到主存，那么问题来了，该如何判断串口接收是否完成从而及时关闭DMA通道？如何知道接收到数据的长度？答案便是使用串口空闲中断。


串口空闲中断，对应事件标志为IDLE
检测到串口空闲线路时，该位由硬件置 1。如果 USART_CR1寄存器中 IDLEIE=1，则会生成中断。
该位由软件序列清零（读入 USART_SR 寄存器，然后读入 USART_DR 寄存器）
利用串口空闲中断，可以用如下流程实现DMA控制的任意长数据接收：


  1.开启串口DMA接收


  2.串口收到数据，DMA不断传输数据到存储buf


  3.一帧数据发送完毕，串口暂时空闲，触发串口空闲中断


  4.在中断服务函数中，可以计算刚才收到了多少个字节的数据


  5.解码存储buf，清除标志位，开始下一帧接收
 


举个例子，如果要实现串口DMA不定长接收：


/*1.首先定义3个全局变量*/
uint8_t rx_buffer[100];//接收数组
volatile uint8_t rx_len = 0; //接收到的数据长度
volatile uint8_t recv_end_flag = 0; //接收结束标志位


/*2.在main中开启IDLE中断以及串口DMA接收*/
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);   
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,100);       


/*在CubeMX生成的 UART1中断服务函数中判断接收是否结束，如果结束就计算出接收到的数据长度*/
void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */


  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
  HAL_UART_IRQHandler(&huart1);
  /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */
uint8_t tmp_flag =__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1,UART_FLAG_IDLE); //获取IDLE标志位
if((tmp_flag != RESET))//通过标志位判断接收是否结束
   {
      recv_end_flag = 1; //置1表明接收结束
      __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位
      HAL_UART_DMAStop(&huart1);
      uint8_t temp=__HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);                 
      rx_len =100-temp; //计算出数据长度
          HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rx_buffer,rx_len);//将受到的数据发送出去
      HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,rx_buffer,100);//开启DMA接收，方便下一次接收数据
   }
  /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */
}


在中断中加上HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, rx_buffer,rx_len)实现将受到的不定长数据发送出去，测试结果如下：





五.示例源码

1. HAL库+CubeMX+Stm32F405实现串口DMA不定长收发
六.同系列博客

• GPIO相关函数解析（HAL库）
  
• Stm32延时与计时方法（HAL库）
  
• 串口通讯知识梳理及在Stm32上的应用（HAL库）
  
• 串口DMA知识梳理以及在Stm32的应用（HAL库）
  
• CAN通信知识梳理及在Stm32上的应用（HAL库）