如何利用DMA方式去实现串口的转发功能呢

前言

其实之前做RM比赛的时候就要有做转发器的想法，但是当时是因为云台和底盘上下分开，通过滑环相连，为了减少通讯线路，才萌生做转发器的想法，虽然最后方案讨论不够完善，所以就搁置了。现在是因为某模块以及焊死在板子上，没办法直接使用串口进行通讯，所以不得不使用串口转发的方式，来进行模块的连接。
实现串口转发的方式有很多，各有优劣。本文主要利用DMA方式实现串口转发功能。
环境

• 芯片：STM32F103RCT6（芯片仅做示例，更换32其他型号实现原理相同）
  
• HAL库版本：1.8.0
  
• STM32CubeMX版本：5.6.1
  

总体思路

方案一：使能两个串口的DMA接收和发送通道，使能串口空闲中断判断数据帧结束，初始化缓存数组变量。
            
优点：低CPU占用率和中断资源占用率，几乎不出现死机情况
缺点：高延时，内存占用率高，且一旦数据量超过缓存大小就会被覆盖。由于启用4条DMA通道，所以总线占用率也变高，进一步增加延时。
方案二：仅使能两个串口的DMA接收通道，使能串口接收中断判断一字节数据到达，初始化缓存数组变量。
            
优点：超低延时，内存占用率低
缺点：占用大量中断资源，有概率遇到DMA忙导致数据丢失（大约每1160字节丢1字节），多次频繁请求DMA会出现死机情况（连续发送约16k字节数据后，出现死机情况）
实现

以方案二为例，使用CubeMX新建工程
1.编辑串口参数
2.启用串口发送中断

3.勾选启用串口全局中断

4.取消选择生成HAL中断处理函数，这部分需要我们自己写

使用CubeMX生成我们的工程文件，并打开main.c。在main函数中添加如下代码

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1, UART_IT_RXNE); //使能串口1接收中断
  __HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_RXNE); //使能串口2接收中断
  /* USER CODE END 2 */


打开stm32f1xx_it.c，找到USARTx_IRQHandler（x为你使用的串口号，x=1,2…），编写中断处理函数。

/* 初始化缓存数组 */
uint8_t USART1RxBuff[1];
uint8_t USART2RxBuff[1];


void USART1_IRQHandler(void)
{
  /* 判断中断类型为串口接收中断 */
  if ((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE) != RESET))
  {
    /* 清除中断标志位 */
    __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1, UART_FLAG_RXNE);
   
    /* 将串口接收到的数组移入缓存 */
    USART1RxBuff[0] = (uint8_t)(huart1.Instance->DR & (uint8_t)0x00FF);


    /* 启用DMA发送一字节数据 */
    HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, USART1RxBuff, USART1RxFIFO, 1);
  }
  
  /* 判断中断类型为串口发送中断 */
  if ((__HAL_UART_GET_FLAG(&huart1, UART_FLAG_TC) != RESET))
  {
    __HAL_UART_CLEAR_FLAG(&huart1, UART_FLAG_TC);
  }
  /* USER CODE END USART1_IRQn 0 */
}
编写DMA中断处理函数

/**
  * @brief This function handles DMA1 channel4 global interrupt.
  */
void DMA1_Channel4_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN DMA1_Channel4_IRQn 0 */
  huart1.gState = HAL_UART_STATE_READY;                //重置串口状态为就绪态
  hdma_usart1_tx.State = HAL_DMA_STATE_READY;          //重置DMA状态为就绪态
  __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&hdma_usart1_tx, DMA_FLAG_TC4); //清除DMA传输完成标志位
  __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&hdma_usart1_tx, DMA_FLAG_HT4); //清除DMA半传输完成标志位
  __HAL_DMA_CLEAR_FLAG(&hdma_usart1_tx, DMA_FLAG_TE4); //清除DMA传输出错标志位
  __HAL_UNLOCK(&hdma_usart1_tx);                       //解锁DMA
  /* USER CODE END DMA1_Channel4_IRQn 0 */
}
同样的方法编写另一个串口的中断
然后编译+下载即可实现串口转发功能
后记

实际上这一版程序如文中所说并不完善，有很多正在尝试但是还是未解决的问题

• 丢字节的情况：尝试使用FIFO进行发送和接收，结果还是丢字节。DMA一次性发送512字节，结果发送2048，依然丢一字节，遂怀疑是硬件问题。
  
• 长时间多次请求DMA会导致死机，也就是方案二中收发到13-16k数据时会出现死机
  

其实这也算不上一个合格的转发，对于数据完整性没有任何保证，但是实际上要做到这些，需要上位机和下位机进行配合，如使用分包传输的方式。但是这种方式解决一些燃眉之急还是不错的。