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2019年04月09日 | STM32使用HAL库实现串口通讯——理论原理详细讲解
2019-04-09 来源：eefocus
一、中断模式
1.中断接收。
1.1先看中断接收的流程（以 USART2 为例）
在启动文件中找到中断向量
USART2_IRQHandler
找到USART2_IRQHandler的函数定义
可以看到这里又转到另一个函数里去了，再找下去：
该函数的源码：
/**
* @brief This function handles UART interrupt request.
* @param huart: pointer to a UART_HandleTypeDef structure that contains
* the configuration information for the specified UART module.
* @retval None
*/
void HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart)
{
uint32_t isrflags = READ_REG(huart->Instance->SR);
uint32_t cr1its = READ_REG(huart->Instance->CR1);
uint32_t cr3its = READ_REG(huart->Instance->CR3);
uint32_t errorflags = 0x00U;
uint32_t dmarequest = 0x00U;
/* If no error occurs */
errorflags = (isrflags & (uint32_t)(USART_SR_PE | USART_SR_FE | USART_SR_ORE | USART_SR_NE));
if(errorflags == RESET)
{
/* UART in mode Receiver -------------------------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_RXNE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_RXNEIE) != RESET))
{
UART_Receive_IT(huart);
return;
}
}
/* If some errors occur */
if((errorflags != RESET) && (((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET) || ((cr1its & (USART_CR1_RXNEIE | USART_CR1_PEIE)) != RESET)))
{
/* UART parity error interrupt occurred ----------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_PE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_PEIE) != RESET))
{
huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_PE;
}
/* UART noise error interrupt occurred -----------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_NE) != RESET) && ((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET))
{
huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_NE;
}
/* UART frame error interrupt occurred -----------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_FE) != RESET) && ((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET))
{
huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_FE;
}
/* UART Over-Run interrupt occurred --------------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_ORE) != RESET) && ((cr3its & USART_CR3_EIE) != RESET))
{
huart->ErrorCode |= HAL_UART_ERROR_ORE;
}
/* Call UART Error Call back function if need be --------------------------*/
if(huart->ErrorCode != HAL_UART_ERROR_NONE)
{
/* UART in mode Receiver -----------------------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_RXNE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_RXNEIE) != RESET))
{
UART_Receive_IT(huart);
}
/* If Overrun error occurs, or if any error occurs in DMA mode reception,
consider error as blocking */
dmarequest = HAL_IS_BIT_SET(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAR);
if(((huart->ErrorCode & HAL_UART_ERROR_ORE) != RESET) || dmarequest)
{
/* Blocking error : transfer is aborted
Set the UART state ready to be able to start again the process,
Disable Rx Interrupts, and disable Rx DMA request, if ongoing */
UART_EndRxTransfer(huart);
/* Disable the UART DMA Rx request if enabled */
if(HAL_IS_BIT_SET(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAR))
{
CLEAR_BIT(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAR);
/* Abort the UART DMA Rx channel */
if(huart->hdmarx != NULL)
{
/* Set the UART DMA Abort callback :
will lead to call HAL_UART_ErrorCallback() at end of DMA abort procedure */
huart->hdmarx->XferAbortCallback = UART_DMAAbortOnError;
if(HAL_DMA_Abort_IT(huart->hdmarx) != HAL_OK)
{
/* Call Directly XferAbortCallback function in case of error */
huart->hdmarx->XferAbortCallback(huart->hdmarx);
}
}
else
{
/* Call user error callback */
HAL_UART_ErrorCallback(huart);
}
}
else
{
/* Call user error callback */
HAL_UART_ErrorCallback(huart);
}
}
else
{
/* Non Blocking error : transfer could go on.
Error is notified to user through user error callback */
HAL_UART_ErrorCallback(huart);
huart->ErrorCode = HAL_UART_ERROR_NONE;
}
}
return;
} /* End if some error occurs */
/* UART in mode Transmitter ------------------------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_TXE) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TXEIE) != RESET))
{
UART_Transmit_IT(huart);
return;
}
/* UART in mode Transmitter end --------------------------------------------*/
if(((isrflags & USART_SR_TC) != RESET) && ((cr1its & USART_CR1_TCIE) != RESET))
{
UART_EndTransmit_IT(huart);
return;
}
}
也就是说，当串口中断触发以后，几经周转到了这里，该函数功能是读取寄存器的几个状态，判断无误后再转到另一个函数，就是上图小矩形框出来的UART_Receive_IT(huart);
然后我们再去看UART_Receive_IT(huart)这个函数原型：
回调函数就在这个UART_Receive_IT(huart)函数里：
在回调函数上边有两行很重要的代码：
这两行代码的作用是关闭串口接收中断，也就是说，在一次串口中断接收过程的最后，即串口接收完一组数据之后会关闭串口接收中断。（这个后面还会再讲，先记住）。
总结一下，串口中断接收的流程：
USART2_IRQHandler(void) -> HAL_UART_IRQHandler(UART_HandleTypeDef *huart) -> UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart) -> HAL_UART_RxCpltCallback(huart);
Callback函数就是用户要重写在main.c里的回调函数。
再说明一下一个很重要的问题：STM32的每个串口中断有好几个（发送接收等），但是只要是与串口相关的中断发生系统都会先调用同一个函数，也就是中断向量表中的那个，比如usart2的话就是USART2_IRQHandler(void)，然后这个函数再调用HAL_UART_IRQHandler，在HAL_UART_IRQHandler中去读取寄存器判断究竟是那几个位被置为1，确定好是哪个中断之后（接收还是发送）再调用不同的回调函数。
1.2如何使用接收中断。
在cube中配置完了之后并没有使能串口中断（有一个串口初始化函数，但是在这个函数中并未使能串口中断）需要用户手动使能。使能代码如下：
HAL_UART_Receive_IT(&huart2, (uint8_t *)kRxBuffer, 10);
什么意思呢？
HAL库的串口接收思路是这样的：用户你可以随便定义一个缓存区，大小随意，然后通过上边这个函数把这个缓存区对应到串口的接收，上面函数的意思就是把kRxBuffer（这是一个数组）作为缓存区，指定大小为10。然后usart2接收数据的时候就防到kRxBuffer这个数组中，只有当接收到10个数据之后才调用一次callback函数（回调函数）。当然不要忘了该函数的使能串口接收中断功能， 在：二、中断模式 的1.1节中说到了串口接收完数据后会关闭使能，所以，在回调函数中一定要再写一次HAL_UART_Receive_IT(&huart2, (uint8_t *)kRxBuffer, 10)，使能接收中断。
小小的总结下串口中断接收怎么用：
（1）指定一个缓存区（串口接收到的数据会全部堆到这个缓存区）
（2）使能串口接收中断，并把缓存区对应到串口
（3）在回调函数中实现接收到数据之后的操作（比如处理数据）并再次使能串口接收中断。
所以更具体一下串口接收的流程就是这样的：
（1）串口一个接一个的接收到数据填充到缓存区
（2）缓存区满（大小是用户定义的）程序几经辗转最后会调用到回调函数。
（3）执行用户在回调函数中实现的功能。
2.中断发送。
2.1发送中断的触发流程。
由于在STM32中usart2的入口中断只有一个：
就是上图的中断向量表中红框标出来的。其他的所有中断其实都是从这里出发的，我们再和捋接收一样捋一遍发送。
首先是USART2_IRQHandler，找到这个函数原型（这一步和接收完全一样）：
再找HAL_UART_IRQHandler(&huart2);原型：
到这里还是和接收完全一样，注意是完全一样，源码也就是上面接收贴出来的一样。这次我们主要注意该函数最后几行（可以翻上去看源码）：
把中间代码收起来以后看最后红框，这就很明显了，这里触发了发送中断（软件触发）
接着去找这个UART_EndTransmit_IT(huart)的函数原型：
第一个红框里清除了发送中断使能（同接收一样，在用完之后就关掉，但是不同于接收，发送完成就不用再在回调函数中使能了，因为在中断发送的时候就会使能），第二个红框调用回调函数。
2.2如何使用发送中断。
中断发送的意思，非常类似于中断接收，但其中有一些不同，看下面这个函数：
HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
一个非常类似于中断接收使能的函数。接收中断使能函数的作用是绑定接收缓存区并使能接收中断，但是对于发送，该函数的作用是发送指定长度的指定数据并使能发送中断。
比如有一个unsigned char 数组a[10]，HAL_UART_Transmit_IT(&huart2, a, 10)，这一句的意思是用usart2（串口2）发送a数组中的10个数据，然后使能发送中断。
当发送完成之后（或者发送一半，发送一半也有个中断）就会执行回调函数。
总结一下发送中断：
使用HAL_UART_Transmit_IT函数发送指定长度的数据，并使能发送中断，发送到一半和发送结束会触发中断（相关的回调函数是HAL_UART_TxHalfCpltCallback()和HAL_UART_TxCpltCallback()）中断触发后发送中断使能会被清除，然后调用回调函数，回调函数执行完成之后结束本次发送。
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