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stm32F4 序列槽DMA+環形緩沖區的實作

下面是序列槽DMA+環形緩沖區的實作，資料收發是異步的，不需要死等。
關于環形緩沖區參考:

http://blog.csdn.net/jieffantfyan/article/details/53572103

實作原理

程式是在序列槽中斷收發方式的基礎上設計的，應用層通過環形緩沖區進行序列槽資料讀取，環形緩沖區作為一級緩存，增加DMA作為二級緩存。相對中斷方式這種設計可以減少序列槽進入中斷的次數，尤其是在高速波特率的情況下。由于使用DMA收發資料時，必須預設好發送/接收位址、長度等資訊，軟體内為DMA開辟了16個位元組數組作為緩沖區。當發送環形緩存區内有資料需要發送時，程式将前16位元組(如果不足則複制實際長度并重新設定DMA發送長度)複制到DMA發送緩沖區内并啟動發送，資料發送完成之後将餘下的資料按同樣的方法複制到DMA發送緩沖區直至資料發送完成。而對于接收來說，處理比發送麻煩一些，需要兩個中斷服務程式配合，當DMA接收完成16位元組之後，軟體将這些資料寫入到接收環形緩沖區内，以便應用程式讀取。因為軟體中将DMA接收緩存長度設定為16位元組，即DMA必須連續接收到16位元組才會進入中斷服務程式，但多數情況下接收到的資料長度不可能全是16位元組的倍數，比如MCU隻收到10位元組之後的一段時間内再也收不到資料了。對于這種情況可以使用定時器配合檢測，一旦發現長時間收不到序列槽的資料則将DMA接收緩沖區的資料全部提取出來。由于STM32單片機提供了空閑中斷，我們可以利用這個機制解決上述問題，當産生空閑中斷時，意味着已經沒有資料接收了，這時候則将DMA接收緩沖内的資料提取出來。

外部接口聲明

下面将序列槽的初始化、讀、寫接口抽象出來。

/******************************************************************************
 * Copyright (C) 2016, roger
 * All rights reserved.
 *
 * 檔案名稱: tty.h
 * 摘    要：控制台驅動

 *             
 * 目前版本: 3.0
 * 作    者: roger
 * 完成日期: 2016-09-24
 *             
 * 取代版本: 2.0
 * 原作者  : roger
 * 完成日期: 2015-07-08
 ******************************************************************************/


#ifndef _TTY_H_
#define _TTY_H_

#define TTY_BAUDRATE          115200                    /*波特率 ------------*/
#define TTY_TXBUF_SIZE        256                       /*發送緩沖區長度 -----*/
#define TTY_RXBUF_SIZE        256                       /*接收緩沖區長度 -----*/
#define TTY_DMA_TX_LEN        10                        /*DMA 發送緩沖區 ----*/
#define TTY_DMA_RX_LEN        10                        /*DMA 接收緩沖區 ----*/

#define TTY_USE_DMA           1                         /*啟用DMA -----------*/


/* Exported Structs ---------------------------------------------------------*/

typedef struct          
{
    void (*init)(void);                                     /*初始化 --------*/    
    unsigned int (*write)(void *buf, unsigned int len);     /*資料寫 --------*/
    unsigned int (*read) (void *buf, unsigned int len);     /*讀資料 --------*/
    void (*puts)(const char *str);                          /*輸入一個字元串 */
    void (*clr)(void);                                      /*清除接收緩沖區 */
    unsigned int (*buflen)(void);                           /*接收緩沖區的長度*/
    void (*printf)(const char *format, ...);                /*格式化列印 ----*/
}tty_t;


/* Exported variables ------------------------------------------------------- */
extern const tty_t tty;


#endif

接口實作 ##‘ 

/******************************************************************************
 * Copyright (C) 2016, roger
 * All rights reserved.
 *
 * 檔案名稱: tty.c
 * 摘    要：列印序列槽驅動

 *             
 * 目前版本: 3.0
 * 作    者: roger
 * 完成日期: 2016-09-24
 *             
 * 取代版本: 2.0
 * 原作者  : roger
 * 完成日期: 2015-07-08
 ******************************************************************************/

/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "tty.h"
#include "ringbuffer.h"
#include "stm32f4xx.h"
#include <stdarg.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

static unsigned char rxbuf[TTY_TXBUF_SIZE];         /*接收緩沖區 ------------*/
static unsigned char txbuf[TTY_RXBUF_SIZE];         /*發送緩沖區 ------------*/
static ring_buf_t ringbuf_send, ringbuf_recv;       /*收發緩沖區管理 ---------*/

#if TTY_USE_DMA == 1
    static unsigned char dma_tx_buf[TTY_DMA_TX_LEN];/*DMA發送緩沖區 ---------*/
    static unsigned char dma_rx_buf[TTY_DMA_RX_LEN];/*DMA接收緩沖區 ---------*/      
#endif

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：port_conf
 * 功能描述：列印序列槽配置(PD8->USART3_TX, PD9->USART3_RX)
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 * 作    者：roger.luo
 ******************************************************************************/
static void port_conf(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    /*console序列槽引腳配置 ----------------------------------------------------*/
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOD, ENABLE);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource8, GPIO_AF_USART3);
    GPIO_PinAFConfig(GPIOD, GPIO_PinSource9, GPIO_AF_USART3);
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 ;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;    
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);  
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStructure);  
}

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：DMA_Conf
 * 功能描述: 序列槽DMA配置(DMA1_Channel4_Stream1->USART3_RX,
 *                       DMA1_Channel4_Stream3->USART3_TX)
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 * 作    者：roger.luo
 ******************************************************************************/
#if TTY_USE_DMA == 1
static void DMA_Conf(void)
{
    DMA_InitTypeDef DMA_Structure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    /* Enable DMA clock */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_DMA1, ENABLE);    
    DMA_DeInit(DMA1_Stream1);
    DMA_DeInit(DMA1_Stream3);
    while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream1) != DISABLE){}
    while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream3) != DISABLE){}
    /*配置序列槽3接收流 */
    DMA_Structure.DMA_Channel = DMA_Channel_4;                    /*DMA1通道4*/
    DMA_Structure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART3->DR);
    DMA_Structure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)dma_rx_buf;
    DMA_Structure.DMA_DIR = DMA_DIR_PeripheralToMemory;           /*外設到記憶體*/
    DMA_Structure.DMA_BufferSize = sizeof(dma_rx_buf);
    DMA_Structure.DMA_PeripheralInc = DMA_PeripheralInc_Disable;
    DMA_Structure.DMA_MemoryInc = DMA_MemoryInc_Enable;
    DMA_Structure.DMA_PeripheralDataSize = DMA_PeripheralDataSize_Byte;
    DMA_Structure.DMA_MemoryDataSize = DMA_MemoryDataSize_Byte;
    DMA_Structure.DMA_Mode = DMA_Mode_Circular;                   /*循環模式*/
    DMA_Structure.DMA_Priority = DMA_Priority_Low;
    DMA_Structure.DMA_FIFOMode = DMA_FIFOMode_Disable;         
    DMA_Structure.DMA_FIFOThreshold = DMA_FIFOThreshold_Full;
    DMA_Structure.DMA_MemoryBurst = DMA_MemoryBurst_Single;
    DMA_Structure.DMA_PeripheralBurst = DMA_PeripheralBurst_Single;
    DMA_Init(DMA1_Stream1, &DMA_Structure); 

    /*配置序列槽3發送流 */
    DMA_Structure.DMA_PeripheralBaseAddr = (uint32_t)(&USART3->DR);
    DMA_Structure.DMA_Memory0BaseAddr = (uint32_t)dma_tx_buf;
    DMA_Structure.DMA_DIR = DMA_DIR_MemoryToPeripheral;            /*記憶體到外設*/
    DMA_Structure.DMA_BufferSize = sizeof(dma_tx_buf);
    DMA_Structure.DMA_Mode = DMA_Mode_Normal;                      /*正常模式 -*/
    DMA_Init(DMA1_Stream3, &DMA_Structure); 

    /* Enable DMA Stream Transfer Complete interrupt */
    DMA_ITConfig(DMA1_Stream1, DMA_IT_TC, ENABLE);    
    //DMA_ITConfig(DMA1_Stream3, DMA_IT_TC, ENABLE);
    /* DMA Stream enable */
    DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);                                 /*使能接收流*/

    /* Enable the DMA Stream IRQ Channel */
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = DMA1_Stream3_IRQn;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);  
}
#endif
/*******************************************************************************
 * 函數名稱：uart_conf
 * 功能描述：TTY 序列槽配置
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 * 作    者：roger.luo
 ******************************************************************************/
static void uart_conf(void)
{
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    USART_DeInit(USART3);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART3, ENABLE);
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = TTY_BAUDRATE;  
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART3, &USART_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); 

    ring_buf_create(&ringbuf_send, txbuf, sizeof(txbuf));/*初始化環形緩沖區 --*/
    ring_buf_create(&ringbuf_recv, rxbuf, sizeof(rxbuf));     

#if TTY_USE_DMA == 1     
    USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Rx,ENABLE);         /*開啟DMA請求 --------*/
    USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);   
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_IDLE, ENABLE);       /*打開空閑中斷處理DMA接收 -------*/     
#else
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_RXNE, ENABLE);
#endif    
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_ERR, ENABLE);    
    USART_Cmd(USART3, ENABLE);    
}

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：init
 * 功能描述：列印驅動初始化
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 * 作    者：roger.luo
 ******************************************************************************/
static void init(void)
{
    port_conf();
    uart_conf();
#if TTY_USE_DMA == 1    
    DMA_Conf(); 
#endif    
}




/*******************************************************************************
 * 函數名稱：send
 * 功能描述：向序列槽發送緩沖區内寫入資料
 * 輸入參數：buf       -  緩沖區
 *           len       -  緩沖區長度
 * 返 回 值：實際寫入長度(如果此時緩沖區滿,則傳回len)
 * 作    者：roger.luo
 ******************************************************************************/
static unsigned int send(void *buf, unsigned int len)
{

#if TTY_USE_DMA == 1    
    unsigned int ret;
    ret = ring_buf_put(&ringbuf_send, buf, len);  
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TC, ENABLE);  
    return ret;
#else
    unsigned int ret;
    ret = ring_buf_put(&ringbuf_send, (unsigned char *)buf, len);       
    USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TXE, ENABLE);    
    return ret;        
#endif    
}

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：recv
 * 功能描述：讀取tty接收緩沖區的資料
 * 輸入參數：buf       -  緩沖區
 *           len       -  緩沖區長度
 * 返 回 值：(實際讀取長度)如果接收緩沖區的有效資料大于len則傳回len否則傳回緩沖
 *            區有效資料的長度
 * 作    者：roger.luo
 ******************************************************************************/
unsigned int recv(void *buf, unsigned int len)
{
    return ring_buf_get(&ringbuf_recv, (unsigned char *)buf, len);
}

#if TTY_USE_DMA == 1
/*******************************************************************************
 * 函數名稱：DMA1_Stream1_IRQHandler
 * 功能描述：TTY序列槽DMA接收完成中斷
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
void DMA1_Stream1_IRQHandler(void)
{
    if (DMA_GetITStatus(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1) != RESET)  
    { 
        ring_buf_put(&ringbuf_recv, dma_rx_buf, sizeof(dma_rx_buf));
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream1, DMA_IT_TCIF1);
    }    
}
/*******************************************************************************
 * 函數名稱：DMA1_Stream3_IRQHandler
 * 功能描述：TTY序列槽DMA發送完成中斷
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
/*void DMA1_Stream3_IRQHandler(void)
{
    unsigned int len;
    if (DMA_GetITStatus(DMA1_Stream3, DMA_IT_TCIF3) != RESET)
    {
        DMA_ClearITPendingBit(DMA1_Stream3, DMA_IT_TCIF3);  
        if ((len = ring_buf_get(&ringbuf_send, dma_tx_buf, sizeof(dma_tx_buf))))
        {                
            DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream3, len);        
            DMA_Cmd(DMA1_Stream3, ENABLE);
            USART_DMACmd(USART3,USART_DMAReq_Tx,ENABLE);
        }
        else sending = 0;
    }   

}*/
#endif

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：USART3_IRQHandler
 * 功能描述：序列槽1收發中斷
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
void USART3_IRQHandler(void)
{    
#if TTY_USE_DMA == 1    
    uint16_t len, retry = 0;
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_IDLE) != RESET || 
        USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_FE) != RESET) 
    {
        /*擷取DMA緩沖區内的有效資料長度 --------------------------------------*/
        len = sizeof(dma_rx_buf) - DMA_GetCurrDataCounter(DMA1_Stream1);    
        DMA_Cmd(DMA1_Stream1, DISABLE);  
        ring_buf_put(&ringbuf_recv,dma_rx_buf, len);    /*将資料放入接收緩沖區*/   
        while (DMA_GetCmdStatus(DMA1_Stream1) != DISABLE && retry++ < 100){}  
        /*複位DMA目前計數器值 ------------------------------------------------*/
        DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream1, sizeof(dma_rx_buf));
        DMA_Cmd(DMA1_Stream1, ENABLE);         
        DMA_ClearFlag(DMA1_Stream1, DMA_FLAG_TCIF1);    /*清除傳輸完成标志,否則會進入傳輸完成中斷*/
        len = USART3->DR;                               /*清除中斷标志 -------*/
    }
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_TC) != RESET)
    {  
        if ((len = ring_buf_get(&ringbuf_send, dma_tx_buf, sizeof(dma_tx_buf))))
        {                
            DMA_Cmd(DMA1_Stream3, DISABLE);
            DMA_ClearFlag(DMA1_Stream3, DMA_FLAG_TCIF3);
            DMA_SetCurrDataCounter(DMA1_Stream3, len);        
            DMA_Cmd(DMA1_Stream3, ENABLE);
        }
        else 
        {
            USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TC, DISABLE);       
        }
    }
#else
    unsigned char data;
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_RXNE) != RESET) 
    {
        data = USART_ReceiveData(USART3);
        ring_buf_put(&ringbuf_recv,&data, 1);           /*将資料放入接收緩沖區*/  
    }
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_TXE) != RESET) 
    {
        if (ring_buf_get(&ringbuf_send, &data, 1))      /*從緩沖區中取出資料---*/
        {
            USART_SendData(USART3, data);            
        }
        else
            USART_ITConfig(USART3, USART_IT_TXE, DISABLE);    
    }
    if (USART_GetITStatus(USART3, USART_IT_FE) != RESET)
    {
        data = USART_ReceiveData(USART3);

    }    
#endif
}


/*******************************************************************************
 * 函數名稱：putstr
 * 功能描述：輸出一個字元串
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
static void putstr(const char *str)
{
    send((void *)str, strlen(str));
}

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：clear
 * 功能描述：清除接收緩沖區的資料
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
static void clear(void)
{
    ring_buf_clr(&ringbuf_recv);
}

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：buflen
 * 功能描述：清除接收緩沖區的資料
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
static unsigned int buflen(void)
{
    return ring_buf_len(&ringbuf_recv);
}

/*******************************************************************************
 * 函數名稱：print
 * 功能描述：格式化列印輸出
 * 輸入參數：none
 * 返 回 值：none
 ******************************************************************************/
static void print(const char *format, ...)
{
    va_list args;
    char buf[256];
    va_start (args, format);
    vsprintf (buf, format, args);       
    va_end (args);    
    putstr(buf);

}


/*外部接口定義 --------------------------------------------------------------*/
extern const tty_t tty = 
{
    init,
    send,
    recv,
    putstr,
    clear,
    buflen,
    print
};
cortex-M3 嵌入式C 序列槽DMA 環形緩沖區 Ringbuffer stm32
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