干货 | STM32串口DMA收发机制

1 前言

直接存储器访问（Direct Memory Access），简称DMA。DMA是CPU一个用于数据从一个地址空间到另一地址空间“搬运”（拷贝）的组件，数据拷贝过程不需CPU干预，数据拷贝结束则通知CPU处理。因此，大量数据拷贝时，使用DMA可以释放CPU资源。DMA数据拷贝过程，典型的有：

• 内存—>内存，内存间拷贝
• 外设—>内存，如uart、spi、i2c等总线接收数据过程
• 内存—>外设，如uart、spi、i2c等总线发送数据过程

2 串口有必要使用DMA吗

串口(uart)是一种低速的串行异步通信，适用于低速通信场景，通常使用的波特率小于或等于115200bps。对于小于或者等于115200bps波特率的，而且数据量不大的通信场景，一般没必要使用DMA，或者说使用DMA并未能充分发挥出DMA的作用。

对于数量大，或者波特率提高时，必须使用DMA以释放CPU资源，因为高波特率可能带来这样的问题：

• 对于发送，使用循环发送，可能阻塞线程，需要消耗大量CPU资源“搬运”数据，浪费CPU
• 对于发送，使用中断发送，不会阻塞线程，但需浪费大量中断资源，CPU频繁响应中断；以115200bps波特率，1s传输11520字节，大约69us需响应一次中断，如波特率再提高，将消耗更多CPU资源
• 对于接收，如仍采用传统的中断模式接收，同样会因为频繁中断导致消耗大量CPU资源

因此，高波特率场景下，串口非常有必要使用DMA。

3 实现方式

4 STM32串口使用DMA

关于STM32串口使用DMA，不乏一些开发板例程及网络上一些博主的使用教程。使用步骤、流程、配置基本大同小异，正确性也没什么毛病，但都是一些基本的Demo例子，作为学习过程没问题；实际项目使用缺乏严谨性，数据量大时可能导致数据异常。

测试平台:

• STM32F030C8T6
• UART1/UART2
• DMA1 Channel2—Channel5
• ST标准库
• 主频48MHz（外部12MHz晶振）

5 串口DMA接收

5.1 基本流程

5.2 相关配置

关键步骤

【1】初始化串口

【2】使能串口DMA接收模式，使能串口空闲中断

【3】配置DMA参数，使能DMA通道buf半满（传输一半数据）中断、buf溢满（传输数据完成）中断

为什么需要使用DMA 通道buf半满中断？

很多串口DMA模式接收的教程、例子，基本是使用了“空间中断” “DMA传输完成中断”来接收数据。实质上这是存在风险的，当DMA传输数据完成，CPU介入开始拷贝DMA通道buf数据，如果此时串口继续有数据进来，DMA继续搬运数据到buf，就有可能将数据覆盖，因为DMA数据搬运是不受CPU控制的，即使你关闭了CPU中断。

严谨的做法需要做双buf，CPU和DMA各自一块内存交替访问，即是"乒乓缓存” ，处理流程步骤应该是这样：

【1】第一步，DMA先将数据搬运到buf1，搬运完成通知CPU来拷贝buf1数据 【2】第二步，DMA将数据搬运到buf2，与CPU拷贝buf1数据不会冲突 【3】第三步，buf2数据搬运完成，通知CPU来拷贝buf2数据 【4】执行完第三步，DMA返回执行第一步，一直循环

STM32F0系列DMA不支持双缓存（以具体型号为准）机制，但提供了一个buf"半满中断"，即是数据搬运到buf大小的一半时，可以产生一个中断信号。基于这个机制，我们可以实现双缓存功能，只需将buf空间开辟大一点即可。

【1】第一步，DMA将数据搬运完成buf的前一半时，产生“半满中断”，CPU来拷贝buf前半部分数据 【2】第二步，DMA继续将数据搬运到buf的后半部分，与CPU拷贝buf前半部数据不会冲突 【3】第三步，buf后半部分数据搬运完成，触发“溢满中断”，CPU来拷贝buf后半部分数据 【4】执行完第三步，DMA返回执行第一步，一直循环

UART2 DMA模式接收配置代码如下，与其他外设使用DMA的配置基本一致，留意关键配置：

• 串口接收，DMA通道工作模式设为连续模式
• 使能DMA通道接收buf半满中断、溢满（传输完成）中断
• 启动DMA通道前清空相关状态标识，防止首次传输错乱数据

void bsp_uart2_dmarx_config(uint8_t *mem_addr, uint32_t mem_size)
{
DMA_InitTypeDef DMA_InitStructure;

DMA_DeInit(DMA1_Channel5);
DMA_Cmd(DMA1_Channel5, DISABLE);
DMA_InitStructure.DMA_PeripheralBaseAddr  = (uint32_t)