浅析UART数据发送的最优解

之前写了两三篇关于USART+DMA收发的实验， 感觉对USART的收发，已了然于胸(唉，丢人的井底蛙~~~）。
随着经验的积累而发现：利用发送中断，才是UART发送的最优解！！
总结三种发种方式, 并分析其优缺点：

• 正常发送(while)；
  
• 使用DMA发送；
  
• 使用中断发送；
  
  

实验使用搭建

• 软件: Keil_v5.27  (目前最好用的版本)
  
• 硬件: 魔女开发板  STM32F103C8T6  (集成下载器, 接线轻松)
  
• 串口上位机: 秉火串口调试助手  (野火的, 感觉比原子哥的启动要快)
  
  

需要完成代码的兄弟, 到Q群文件夹里下载: 262901124
方式一：正常发送

初学STM32时，必用的发送方式。
看看熟悉的代码：

// 发送一个字符串
void Usart1_SendString( char* buff )
{
    while( *buff !=0 )                      // 检查是否是字符串结束符
    {
        while( (USART1->SR & 1<<7) == 0 );  // 等待发送缓冲区空闲
        USART1->DR = *buff;                 // 填入发送数据
        buff++;                             // 发送数据指针后移
    }
}
优点：代码和逻辑都简单，容易理解！新手必备！
缺点：利用while不断检测发送状态+等待，挨个字节发出，其实很费时；如115200波特率，发送100个字节，至少用时8700us!!而且发送期间，中断响应外，整个程序、系统不能干其它事，如假死一般；
方式二：使用DMA发送

先看代码：

// 发送一个字符串
void Usart1_Send_DMA(char* charTemp)
{
    u32 num = 0;                                // 发送的数量，注意发送的单位不是必须8位的   
    static u8 Flag_DmaTxInit=0;                 // 用于标记是否已配置DMA发送
    char* t=charTemp ;                          // 用于配合计算发送的数量
   
    while(*t++ !=0)  num++;                     // 计算要发送的数目，这步比较耗时，测试发现每多6个字节，增加1us，单位：8位           
    while(DMA1_Channel4->CNDTR > 0);           // 如果DMA还在进行上次发送，就等待; 得进完成中断清标志，F4不用这么麻烦，发送完后EN自动清零
         
    if( Flag_DmaTxInit == 0)                    // 是否已进行过USAART_TX的DMA传输配置
    {   
        Flag_DmaTxInit  = 1;                    // 设置标记，下次调用本函数就不再进行配置了
        USART1 ->CR3   |= 1<<7;                 // 使能DMA发送
        RCC->AHBENR    |= 1<<0;                        // 开启DMA1时钟  [0]DMA1   [1]DMA2        

        DMA1_Channel4->CCR   = 0;               // 失能， 清0整个寄存器, DMA必须失能才能配置
        DMA1_Channel4->CNDTR = num;                    // 传输数据量   
        DMA1_Channel4->CMAR  = (u32)charTemp;   // 存储器地址
        DMA1_Channel4->CPAR  = (u32)&USARTx->DR;// 外设地址      

        DMA1_Channel4->CCR |= 1<<4;                      // 数据传输方向   0:从外设读   1:从存储器读
        DMA1_Channel4->CCR |= 0<<5;                      // 循环模式       0:不循环     1：循环
        DMA1_Channel4->CCR |= 0<<6;                     // 外设地址非增量模式
        DMA1_Channel4->CCR |= 1<<7;                      // 存储器增量模式
        DMA1_Channel4->CCR |= 0<<8;                      // 外设数据宽度为8位
        DMA1_Channel4->CCR |= 0<<10;                     // 存储器数据宽度8位
        DMA1_Channel4->CCR |= 0<<12;                     // 中等优先级
        DMA1_Channel4->CCR |= 0<<14;                     // 非存储器到存储器模式       
    }   
    DMA1_Channel4->CCR  &= ~((u32)(1<<0));      // 失能，DMA必须失能才能配置
    DMA1_Channel4->CNDTR = num;                 // 传输数据量
    DMA1_Channel4->CMAR  = (u32)charTemp;       // 存储器地址      
    DMA1_Channel4->CCR  |= 1<<0;                // 开启DMA传输      
}
代码是寄存器编程，精简。但如果使用标准库，或者HAL库，那么代码量会怕吓怕很多人......
优点：

• 占用资源最少，发送100字节（用"处理"这个词更好理解), 只需大约30us, 比方式1发送快290倍!!
  
• 发送工作都在后台，调试时特省工夫。别看代码好像很复杂，其实过程会很简单，只要配置好DMA基本就没啥事了。
  
  

缺点:

• 代码长，易出错。  这里指的是使用标准库，或HAL库编写的代码,  调试时, 发量直线下降
  
• 发送处理的时间确实很短, 但后台中还得按设定的波特率进行发送, 115200, 100字节, 后台工作时长还是要8600us左右, 如果在这8600us期间, 又有新的数据要发送出去, 要么等待上次的发送完成，要么停止上次未完的发送。
  
  

方式三：发送中断

这种方式，可以说是UART数据发送的最优解！！
先看代码：

static u8 TxBuffer[512] ;                  // 数组大小根据实际数据、发送频率调整
static u8 TxCounter = 0 ;
static u8 LastCount = 0 ;

// 发送一个字符串
void Usart1_SendIE(u8* buf, u8 cnt)         // 指定数据长度,可发送各种数据, 而不仅限于字符串
{
    for(u8 i=0; i         TxBuffer[LastCount++] = buf;     // 如果加个while, 也可以发送不定长字符串
   
    if( (USARTx->CR1 & 1<<7) == 0 )         // 开启 发送缓冲区空置中断， 在USART初始化时，先不要打开空置中断
        USARTx->CR1 |= 1<<7;     
}

// 中断服务函数
void USART_IRQHANDLER(void)           
{        
    if(USART1->SR & 1<<7)                   // 检查中断来源：发送缓冲区空置——TXE
    {
        USART1->DR = TxBuffer[TxCounter++]; // 发送缓冲区填充一个字节
        
        if(TxCounter == LastCount )         // 检查发送是否完成
            USART1->CR1 &= ~(1<<7);         // 关闭发送缓冲区空置中断
    }   
}  
代码量比想象中的要少，而且很有意思~~~。
优点：

• 占用资源少，没准确测量时间，如100字节，估计总用时100us左右吧，但分100次中断分摊。
  
• 发送期间，如果有新的数据要发送，交追加到发送区的尾部，不会像DMA那样被抹掉。
  
  

缺点:

• 逻辑比DMA要多两个弯弯, 调试时有点麻烦。