STM32 - 串口通信（HAL库）

为什么要用HAL库？

使用方便，可以完全使用GUI配置、支持更多的芯片型号和开发板、良好的封装与抽象、Easy上手和开发

有什么缺点？

封装层次较高，造成稍微的性能损失

STM32cubemx部分

以使用stm32系列的NUCLEO-F03RB为例

1.配置时钟

选择STM32F103RCTx系列芯片，配置时钟的同时会自动配置IO口引脚

· HAL库串口发送/接收函数

/* 串口发送数据，使用超时管理机制 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); 
/* 串口接收数据，使用超时管理机制 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout); 
/* 串口中断模式发送 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 
/* 串口中断模式接收 */ 
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 
/* 串口DMA模式发送 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 
/* 串口DMA模式接收 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size); 

/* 串口中断处理函数 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart); 
/* 串口发送中断回调函数 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); 
/* 串口发送一半中断回调函数（用的较少） */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_TxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); 
/* 串口接收中断回调函数 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); 
/* 串口接收一半回调函数（用的较少） */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_RxHalfCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart); 
/* 串口接收错误函数 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_ErrorCallback(); 

· 参数解释：

例如：

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);

中断进行完之后，并不会直接退出，而是会进入中断回调函数中，我们在其中写入代码即可

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    /* 用户自定义的代码 */
}

发送

一般HAL_UART_Transmit()就够用了。

· 重定向printf函数

#ifdef __GNUC__ 
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int __io_putchar(int ch) 
#else 
#define PUTCHAR_PROTOTYPE int fputc(int ch, FILE *f) 
#endif PUTCHAR_PROTOTYPE 
{ 
    HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF); return ch; 
}

· （扩展）优雅的Log系统

[LOG]:usart1_buffer:log hello warning hello error hello 
[LOG]:Some LOG occur 
[LOG]:Good morning! 
[WARNING]:Some warning! occur 
[LOG]:Good morning! 
[ERROR]:../Core/Src/main.c:200:Some ERROR!! occur 
[LOG]:Good morning!

· 怎么做到在前面自动标记log的种类，并且根据打印error所在位置呢？

#define __DEBUG__ 
#ifdef __DEBUG__ 
#define LOG(fmt, ...) printf("[LOG]:" fmt "\r\n", ##__VA_ARGS__) 
#define LOG_WARNING(fmt, ...) printf("[WARNING]:" fmt "\r\n", ##__VA_ARGS__) 
#define LOG_ERROR(fmt, ...) printf("[ERROR]:%s:%d:" fmt "\r\n", __FILE__, __LINE__, ##__VA_ARGS__) 
#elif 
#define LOG(fmt, ...) 
#define LOG_WARNING(fmt, ...) 
#define LOG_ERROR(fmt, ...) 
#endif

关于可变参数宏和C语言的一些预定义的宏，详细用法参考微软文档：可变参数宏 | Microsoft Docs

这样相当于我们对printf又做了一层封装，实现了对不同log进行分类，并且由于是编译期展开的，所以 是零成本的抽象，不会对运行时性能造成影响。

使用起来也很简单，和printf的用法一样。

LOG("Some LOG occur %s", your_log); 
LOG_ERROR("Some ERROR!! occur %s", your_error); 
LOG_WARNING("Some WARNING! occur %s", your_warning);

接收

接收要比较麻烦，因为单片机不知道你什么时候来数据，而在你没来数据的时候也不能干等着，因此就 要涉及到中断，HAL库中涉及到的就是这两个函数。

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);/* 串口中断模式接收 */
HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);/* 串口DMA模式接收 */

HAL_UART_Receive_IT这个在HAL库中的实现有点坑，只能接收到定长的数据然后触发中断，没办法处 理不定长的数据，而且容易丢数据，不推荐使用。

这里的解决方案是利用闲时中断加上DMA来实现不定长数据的接收和处理。

闲时中断加上DMA

关于闲时中断和DMA 的详细原理，推荐阅读博客：STM32 HAL CubeMX 串口IDLE接收空闲中断+DMA - 古月居 (guyuehome.com)

具体操作分四步走。

1.在cubeMX里面打开串口中断和配置dma

2.在串口初始化的时候加上这两句：

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_IDLE);/* 启用闲时中断标识符 */
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, usart1_buffer, BUF_MAX_SIZE);/* 开启串口接收dma */

此处的usart1_buffer，BUF_MAX_SIZE为:

#define BUF_MAX_SIZE 128 /* buffer大小 */
uint8_t usart1_buffer[BUF_MAX_SIZE]; /* dma接收buffer */

3.在串口的中断回调函数中加上这几句

void USART1_IRQHandler(void) 
{ 
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 0 */ 
    /* 最好加在HAL_UART_IRQHandler前，防止回调的代码影响idle flag */
    if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_IDLE) != RESET)/* 判断是否idle */
    { 
        USER_UART_IDLECallback(&huart1);/* 调用自己的Idle回调函数 */
    } 
    /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */ 
    HAL_UART_IRQHandler(&huart1); 
    /* USER CODE BEGIN USART1_IRQn 1 */ 
    
    /* USER CODE END USART1_IRQn 1 */ 
}

4.最后就是写你自己的中断回调函数啦

void USER_UART_IDLECallback(UART_HandleTypeDef *huart)/* 自定义函数 */
{ 
    HAL_UART_DMAStop(huart);/* 停下DMA */
    int len = 0;/* 接收数据长度 */
    uint8_t *buffer;/* buffer指针 */
    if (huart->Instance == huart1.Instance)
    { 
        len = BUF_MAX_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx); 
        buffer = usart1_buffer; 
    } 
    /* 现在你有了接收到数据的长度len和数据的buffer指针了 
       你可以做你任何想做的... */
    memset(buffer, 0, len);/* buffer清空 */ 
    HAL_UART_Receive_DMA(huart, buffer, BUF_MAX_SIZE);/* 重新开启dma */
    __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart);/* 清空idle flag */
}

（扩展）指令解析

现在我们能接收不定长的数据了，数据有了，但是要怎么解析比较方便呢，这里整理了一套还算好用的指令解析的方法，给大家分享一下。

受main函数的传入参数的启发，我们可以将一次传输的字符串进行分割，变成argc、argv 的形式。 在IDLE回调函数中进行扩展。

void USER_UART_IDLECallback(UART_HandleTypeDef *huart) 
{ 
    HAL_UART_DMAStop(huart); 
    
    char **argv = (char **)malloc(sizeof(char *) * 10); /* 参数值-字符串-二维数组 */ 
    int argc = 0; /* 参数个数 */
    int tem_p = 0; 
    int len = 0;
    uint8_t *buffer; 
    if (huart->Instance == huart1.Instance) 
    { 
        len = BUF_MAX_SIZE - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);
        LOG("usart1_buffer:%s", usart1_buffer); 
        buffer = usart1_buffer; 
    } 
    /* 现在你有了接收到数据的长度len和数据的buffer指针了 
       将buffer里面的数据加工,处理为argc，argv的形式 */
    buffer[len++] = ' '; 
    buffer[len++] = 'a'; 
    for (int i = 0; i < len; i++) 
    { 
        if (buffer[i] == ' ' || i == len - 1) 
        { 
            argv[argc] = (char *)malloc(sizeof(char) * (i - tem_p + 1));
            /* 注意，此 处malloc了，一定要记得free掉内存 */
            memcpy(argv[argc], buffer + tem_p, i - tem_p); 
            argv[argc][i - tem_p] = '\0'; 
            tem_p = i + 1; 
            argc++; 
            if (argc >= 10) break; 
        } 
    } /* 将argc,argv进行解析 */
    arg_prase(argc, argv); 
    memset(buffer, 0, len); 
    
    for (int i = 0; i < argc; i++) 
    { 
        free(argv[i]);//释放内存 
    } free(argv);/* 释放内存 */
    HAL_UART_Receive_DMA(huart, buffer, BUF_MAX_SIZE);
    __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(huart); 
}

arg_prase的定义如下：

uint8_t is_str_equal(const char *str_p1, char *str_p2) 
{ 
    int i = 0; 
    while (str_p1[i]) 
    { 
        i++; 
        if (str_p1[i] != str_p2[i]) 
            return 0; 
    } 
    return 1; 
} 

void arg_prase(int argc, char **argv) 
{ 
    for (int i = 0; i < argc; i++) 
    { 
        if (is_str_equal("hello", argv[i])) 
        { 
            LOG("Good morning!"); 
        } 
        else if (is_str_equal("log", argv[i])) 
        { 
            LOG("Some LOG occur"); 
        } 
        else if (is_str_equal("error", argv[i])) 
        { 
            LOG_ERROR("Some ERROR!! occur"); 
        } 
        else if (is_str_equal("warning", argv[i])) 
        { 
            LOG_WARNING("Some warning! occur"); 
        } 
    }
}

总结

以上就是STM32串口通信的所有内容，理论基础学完，更重要的是实践操作，多打代码、多实践使用，百炼成钢、熟能生巧！