串口接收不定長數(shù)據(jù)的幾種方法
串口作為單片機(jī)開發(fā)的一個(gè)常用的外設(shè)，應(yīng)用范圍非常廣。大部分時(shí)候，串口需要接收處理的數(shù)據(jù)長度是不定的。那么怎么才能判斷一幀數(shù)據(jù)是否結(jié)束呢，今天就以STM32單片機(jī)為例，介紹幾種接收不定長數(shù)據(jù)的方法。
首先，我們需要打開一個(gè)串口，使用STM32CubeMx來配置，如下：
然后打開串口中斷、添加發(fā)送和接收的DMA，DMA參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)即可，如下圖。（DMA可根據(jù)自身需求選擇是否打開）
配置一下時(shí)鐘等，點(diǎn)擊生成代碼，這樣就可以使用串口了。首先我們定義一個(gè)串口接收的結(jié)構(gòu)體，并定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量，如下：
typedef struct{ uint8_t RxBuf[RX_MAXLEN];//接收緩存 uint16_t RxCnt; //接收數(shù)據(jù)計(jì)數(shù) uint16_t RxLen; //接收數(shù)據(jù)長度 uint8_t RxStart; //開始接收標(biāo)志 uint8_t RxFlag; //一幀數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志}Uart_Tpye_t; Uart_Tpye_t Uart1;
下面介紹幾種接收數(shù)據(jù)的方法：
1.空閑中斷
空閑中斷可以配合接收中斷或DMA來使用。
當(dāng)使用DMA+空閑中斷時(shí)，需要在初始化完成后手動打開空閑中斷和DMA接收。
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);//打開串口空閑中斷 HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, Uart1.RxBuf, RX_MAXLEN); //串口DMA接收數(shù)據(jù)
編寫空閑中斷函數(shù)，如下：
//串口空閑中斷void UART_IDLECallBack(UART_HandleTypeDef *huart){ uint32_t temp; /*uart1 idle processing function*/ if(huart == &huart1) { if((__HAL_UART_GET_FLAG(huart,UART_FLAG_IDLE) != RESET)) { __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除標(biāo)志位 /*your own code*/ HAL_UART_DMAStop(&huart1);//停止DMA Uart1.RxLen = RX_MAXLEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);// 獲取DMA中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個(gè)數(shù) Uart1.RxFlag = 1; HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,Uart1.RxBuf,RX_MAXLEN); //開啟下次接收 } }}
在主程序中判斷接收完成標(biāo)志，并處理數(shù)據(jù)：
if(Uart1.RxFlag == 1)//接收完一幀數(shù)據(jù){ printf("Rev %d Bytes\r\n",Uart1.RxLen); Uart1.RxFlag = 0;}
最后，別忘了在串口中斷函數(shù)中調(diào)用自己編寫的空閑中斷函數(shù)。
運(yùn)行程序測試，結(jié)果如下：
使用接收中斷+空閑中斷與DMA類似，只不過需要打開接收中斷：
__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);//打開串口空閑中斷 HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中斷接收數(shù)據(jù)
編寫接收中斷回調(diào)函數(shù)，每次接收一個(gè)字節(jié)：
uint8_t RevByte;void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ if(huart->Instance==USART1) { Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]=RevByte; Uart1.RxCnt++; if(Uart1.RxCnt==RX_MAXLEN) { Uart1.RxCnt = RX_MAXLEN-1; } HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中斷接收數(shù)據(jù) }}
編寫空閑中斷回調(diào)函數(shù)，與DMA的方式類似，只是數(shù)據(jù)長度判斷方式不一樣：
//串口空閑中斷void UART_IDLECallBack(UART_HandleTypeDef *huart){ uint32_t temp; /*uart1 idle processing function*/ if(huart == &huart1) { if((__HAL_UART_GET_FLAG(huart,UART_FLAG_IDLE) != RESET)) { __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除標(biāo)志位 Uart1.RxFlag = 1; Uart1.RxLen = Uart1.RxCnt; Uart1.RxCnt = 0; } }}
同樣，在主程序中判斷一幀數(shù)據(jù)的接收完成并處理。
2.特點(diǎn)協(xié)議判斷幀頭幀尾及長度
有時(shí)候我們需要自己定義協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，這時(shí)候就可以在通訊協(xié)議里添加特點(diǎn)的幀頭幀尾以及數(shù)據(jù)長度字節(jié)，通過判斷這些字節(jié)來判斷數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束。假設(shè)定義一個(gè)簡單的傳輸協(xié)議如下：
|
幀頭 |
數(shù)據(jù)長度，1字節(jié) |
數(shù)據(jù)，N字節(jié) |
|
0x5A，0xA5 |
數(shù)據(jù)部分的字節(jié)數(shù) |
有效數(shù)據(jù) |
可以使用中斷方式接收數(shù)據(jù):
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中斷接收數(shù)據(jù)
接收中斷函數(shù)如下：
//串口接收中斷回調(diào)函數(shù)uint8_t RevByte;uint16_t RevTick = 0;void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ static uint16_t Rx_len; if(huart->Instance==USART1) { Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]=RevByte; switch(Uart1.RxCnt) { case 0: if(Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt] == 0x5A)//幀頭1正確 Uart1.RxCnt++; else Uart1.RxCnt = 0; break; case 1: if(Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt] == 0xA5)//幀頭2正確 Uart1.RxCnt++; else Uart1.RxCnt = 0; break; case 2: Rx_len = Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]; Uart1.RxCnt++; break; default: Uart1.RxCnt++; if((Rx_len+3) == Uart1.RxCnt)//數(shù)據(jù)接收完成 { Uart1.RxFlag = 1; Uart1.RxLen = Uart1.RxCnt; Uart1.RxCnt = 0; } break; } HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中斷接收數(shù)據(jù) }}
同樣，在主程序中判斷一幀數(shù)據(jù)的接收完成并處理，運(yùn)行測試結(jié)果如下：
3.超時(shí)判斷
超時(shí)判斷其實(shí)與空閑中斷的原理類似，只不過是通過定時(shí)器來取代空閑中斷來判斷一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束，一般采樣接收中斷+超時(shí)判斷的方式。之前的文章Freemodbus移植就是采樣這種方式。
超時(shí)判斷的時(shí)間跟波特率有關(guān)，假設(shè)串口起始位和結(jié)束位各1位，那么接收一個(gè)字節(jié)就需要8+2=10位，在9600波特率下，一秒鐘就能接收9600/10=960字節(jié)。也就是一個(gè)字節(jié)需要1.04ms，那么超時(shí)時(shí)間最小可以設(shè)置為1.5倍的單字節(jié)接收時(shí)間，或者更長。
超時(shí)判斷可以使用硬件定時(shí)器或軟件定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。硬件定時(shí)器的方式可以參考之前的Freemodbus移植部分的程序。軟件定時(shí)器定義一個(gè)計(jì)時(shí)變量，該變量在systick中斷中+1實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，可以節(jié)省硬件資源，但計(jì)時(shí)最小分辨率跟systick中斷有關(guān)。
編寫中斷接收函數(shù)：
//串口接收中斷回調(diào)函數(shù)uint8_t RevByte;uint16_t RevTick = 0;void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart){ if(huart->Instance==USART1) { Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]=RevByte; Uart1.RxCnt++; Uart1.RxStart = 1;//開始接收標(biāo)志 RevTick = 0;//計(jì)時(shí)清零 if(Uart1.RxCnt==RX_MAXLEN) { Uart1.RxCnt = RX_MAXLEN-1; } HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中斷接收數(shù)據(jù) }}
編寫超時(shí)判斷函數(shù)，在Systick中斷中調(diào)用：
//串口接收超時(shí)判斷，該函數(shù)在Systick中斷（1ms中斷一次）中調(diào)用void UartTimeOut(){ if(Uart1.RxStart == 1) { RevTick++; if(RevTick > 2) { Uart1.RxLen = Uart1.RxCnt; Uart1.RxCnt = 0; Uart1.RxStart = 0; Uart1.RxFlag = 1; } }}
使用時(shí)只要打開接收中斷即可，不再需要空閑中斷。
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中斷接收數(shù)據(jù)
同樣，在主程序中判斷一幀數(shù)據(jù)的接收完成并處理。測試結(jié)果就不貼了。
4.總結(jié)
上面幾種方式都可以實(shí)現(xiàn)串口接收不定長數(shù)據(jù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)實(shí)際需求選擇用哪種。需要注意的是，上面的例程只是簡單地接收數(shù)據(jù)，實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮連續(xù)接收多幀數(shù)據(jù)的情況，是緩存之后處理，還是舍棄后面的數(shù)據(jù)，都需要自己寫程序?qū)崿F(xiàn)。
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