如何使用CubeMx配置串口+DMA+FreeRTOS？

作为STM32最常用的外设之一，串口广泛应用于单片机与外部设备之间的通信。常见的串口轮训发送+接收中断虽然能够应付一般的项目，但在处理串口的数据时单片机的运行压力较大。使用DMA辅助处理串口的数据，能够大幅缓解单片机的运行压力，提高串口数据的处理能力。
使用CubeMx配置串口+DMA+FreeRTOS，以下内容仅展示了主要涉及到的串口和DMA的配置，操作系统的配置网上教程很多不多说（FreeRTOS的相关接口使用的是CMSIS_V1版版本），以串口3为例：
USART3基础配置：





打开USART3中断：





配置串口的DMA相关通道：





配置FreeRTOS时创建一个串口数据处理任务USART3_DataProcessTask，用于串口数据的处理，一般这个任务就是用来跑协议的。串口数据的处理过程类似于前后台的关系，空闲中断作为后台负责接收数据，一旦接收到数据后通过消息队列或邮箱将数据发送至前台USART3_DataProcessTask中处理。
FreeRTOS本来不支持邮箱的，但是在cmsis_os.c中可以找到邮箱（osMail）的相关接口，这个应该是arm或者st自己封装的，实际上还是通过消息队列来实现的。邮箱的使用参照了官方BSP里的FreeRTOS下的osMail相关例程。

打开freertos.c文件，首先定义邮箱的大小、数据结构、邮箱ID，如下：


/* USER CODE BEGIN Variables */

#define MAIL_SIZE        (uint32_t) 4

typedef struct {
    uint16_t DataLength;
        uint8_t *DataReceive;
} Amail_TypeDef;

osMailQId USART3_MailId;

/* USER CODE END Variables */
在MX_FREERTOS_Init（）中创建刚才定义的邮箱：


osMailQDef(Usart3MailId, MAIL_SIZE, Amail_TypeDef); /* Define mail queue */
USART3_MailId = osMailCreate(osMailQ(Usart3MailId), NULL); /* create mail queue */
在usart.c中定义定义一个相同的邮箱数据结构，以及一个USART3的数据结构，如下：


/* USER CODE BEGIN 0 */

#define USART3_DATA_SIZE  256

typedef struct {
    uint16_t DataLength;
        uint8_t *DataReceive;
} Amail_TypeDef;

typedef struct {
        uint16_t DataLength;
        uint8_t RxBuffer[USART3_DATA_SIZE];
}USART_TYPE;

static USART_TYPE Usart3;
extern osMailQId USART3_MailId;

/* USER CODE END 0 */
可以看到，串口的数据结构在定义时直接定义了一个数组，已经为串口接收的数据分配了缓存；而邮箱中定义的是一个指针，所以邮箱在实际发送数据时应该发送的是指针，通过指针访问串口接收的数据。


CubeMx生成的代码没有发现有空闲中断的回调函数，所以就自己定义一个：


/* USER CODE BEGIN 1 */

void USER_USART3_IdleCallback(void)
{
        Amail_TypeDef *USART3_TxMail;
        BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;

    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&huart3,UART_FLAG_IDLE) != RESET)
    {
                __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart3);

                HAL_UART_DMAStop(&huart3);
                USART3_TxMail = osMailAlloc(USART3_MailId, 0); //为邮箱申请内存
                USART3_TxMail->DataLength = USART3_DATA_SIZE-
        __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart3_rx);        //获取接收数据长度
                HAL_UART_Receive_DMA(&huart3,Usart3.RxBuffer,USART3_DATA_SIZE);        //获取DMA中缓存的串口数据
                USART3_TxMail->DataReceive = Usart3.RxBuffer; //传递缓存串口数据的指针
                osMailPut(USART3_MailId, USART3_TxMail);    //通过邮箱发送串口数据信息
     }
               
         portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart )
{
        if(huart == &huart3)
        {
                ;        //发送完成中断
        }
}

void BSP_USART_Init(void)
{
        __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_TC);
       
        __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_IDLE);
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart3,Usart3.RxBuffer,USART3_DATA_SIZE);
};

/* USER CODE END 1 */
触发空闲中断后邮箱发送数据的流程为：先关闭串口的DMA通道->为邮箱申请内存（因为从刚才定义邮箱到创建邮箱均未为邮箱申请内存）->获取串口接收的数据长度->将长度信息写入邮箱->获取DMA中缓存的串口数据->将缓存串口数据的地址（指针）写入邮箱->通过邮箱发送串口相关的数据信息，最后将USER_USART3_IdleCallback()放到串口3的USART3_IRQHandler中就可以了。别忘了串口初始化：开启发送完成中断、空闲中断、分配串口DMA缓存。空闲中断可有可无，一般RS485通讯中需要用到，数据发送完毕后转为接收模式等。


后台已经将数据发送过来，剩下就是前台处理数据了，在USART3_DataProcessTask()任务中处理邮箱数据：


/* USER CODE END USART3_DataProcessTask */
void USART3_DataProcessTask(void const * argument)
{
    /* USER CODE BEGIN USART3_DataProcessTask */
        osEvent USART3_Event;
        Amail_TypeDef *USART3_RxMail;
       
        static uint8_t *RxBuff;
        static uint8_t RxLength = 0;
       
        RxBuff = pvPortMalloc(256);
       
    /* Infinite loop */
    for(;;)
    {
                USART3_Event = osMailGet(USART3_MailId, 0);   //等待邮箱发送数据
                if(USART3_Event.status == osEventMail)
                {
                    USART3_RxMail = USART3_Event.value.p;     //获取邮箱中的数据        
                       
                        RxLength = USART3_RxMail->DataLength;
                        RxBuff = USART3_RxMail->DataReceive;
                        osMailFree(USART3_MailId, USART3_RxMail);  //释放在串口空闲中断中申请的邮箱内存
                       
            printf("数据长度：%drn",RxLength);
                        for(uint8_t i=0;i                         {
                                printf("%xrn",RxBuff);
                        }
                }
        osDelay(1);
    }
    /* USER CODE END USART3_DataProcessTask */
}
在USART3_DataProcessTask()中等待邮箱数据的传入，如果有数据传入打印相关数据信息。别忘了要释放邮箱的内存，否则几次中断过后内存溢出程序卡死。


DMA发送就简单了，简单封装一下就可以拿来用：


void BSP_USART3_SendData(uint8_t *TxBuff,uint16_t BuffLen)
{
        __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&hdma_usart3_tx,DMA_FLAG_TC2);
        HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3,TxBuff,BuffLen);                                       
}
上面的串口DMA收发是带操作系统的，如果不带操作系统就省事儿多了，定义一个全局数据缓存串口数据需要用的时候直接拿来用就可以了。