开发环境搭建和如何新建项目参考

开发框架02-开发环境搭建

参考资料

1. HAL 和 LL 串口驱动使用说明，在 https://www.st.com/en/embedded-software/stm32cube-mcu-mpu-packages.html 中查询到对应芯片手册。以stm32f4为例，参考【3.12 How to use HAL drivers】、【70.2.1 How to use this driver】。
www.st.com
https://www.st.com/resource/en/user_manual/um1725-description-of-stm32f4-hal-and-lowlayer-drivers-stmicroelectronics.pdf

2. STM32Cube MCU Package中有许多HAL 和 LL 驱动使用例程（同一个系列差别不大，可以互相借鉴），可以从这里下载。借鉴UART文件夹下项目。

1. 未使用串口 IDEL 中断，中断字符处理，导致频繁进入中断，影响系统时序

2. 未使用 DMA，CPU占用过高

3. 阻塞方式导致 CPU 资源的浪费（串口硬件输出速度远低于CPU运行速度）。

4. 收发过程存在负载平衡问题
比如接收数据，若突发数据量大，应用层数据处理缓慢，来不及从缓存中取出数据，会导致缓存数据覆盖丢失情况，对于发送数据，多线程服务同时发送数据时，若直接对接硬件，也会导致耦合严重，程序阻塞，处理不好也会导致数据丢失问题。以上两种都是生产和消费速率不一致导致的负载平衡问题。
 

4.1 建立 CubeMX 项目

1. 时钟 HSE 选择外部晶振。

2. Debug 选择 Serial Wire，这里一定要配置，这篇介绍了未设置导致的芯片无法识别问题，以及解决方法。时基这里没有选择systick，而是选择了精度更高的TIM1。

3. 串口（具体串口视板子情况确定）配置为异步通讯，硬件流控制未打开。

4. 串口 DMA 配置中，映射串口收发对应的流（如下表格供选择时参考），并设设置对应优先级，这里设置为默认。

STM32 family	Board name	USART	STM32 TX	STM32 RX	RX DMA settings	TX DMA settings
STM32F1xx	BluePill-F103C8	USART1	PA9	PA10	*DMA1, Channel 5*	ㅤ
STM32F4xx	NUCLEO-F413ZH	USART3	PD8	PD9	*DMA1, Stream 1, Channel 4*	*DMA1, Stream 3, Channel 4*
STM32G0xx	NUCLEO-G071RB	USART2	PA2	PA3	*DMA1, Channel 1*	ㅤ
STM32G4xx	NUCLEO-G474RE	LPUART1	PA2	PA3	*DMA1, Channel 1*	ㅤ
STM32L4xx	NUCLEO-L432KC	USART2	PA2	PA15	*DMA1, Channel 6, Request 2*	ㅤ
STM32H7xx	NUCLEO-H743ZI2*	USART3	PD8	PD9	*DMA1, Stream 0*	*DMA1, Stream 1*
STM32U5xx	NUCLEO-U575ZI-Q*	USART1	PA9	PA10	*GPDMA1, Channel 0*	*GPDMA1, Channel 1*



串口发送设置
1. 设置 DMA 方向 memory-to-peripheral
2. 设置 DMA 为常规模式 normal mode
串口接收设置
3. 设置 DMA 方向 peripheral-to-memory
4. 设置 DMA 为常规模式 circular mode
其他配置保持默认，这里没有打开 FIFO 设置。

5. 添加操作系统需求，接口选择 CMSIS_V2。

6. 修改使用外部告诉晶振HSE，我这里使用的是8MHz，设置目标频率为180MHz（最大），这两个参数视你的板子具体情况填写。

7. 工具链选择 STM32IDE，生成在根目录下。

8. 仅添加必要HAL库文件

4.2 移植lwRB

4.3 串口发送程序设计

1. 为了保证环形缓冲区不被破坏，要对读写操作过程进行临界区保护。主要有两处可能存在风险，第一处应用层发送数据到环形缓冲区，若有多个线程同时向缓冲区添加数据，可能会导致数据错乱。第二处，是从缓冲区读出地址和长度，若上一个数据还未发送完，再次读取会导致地址和长度错误。

2. 另外，使用 DMA 发送环形缓冲区数据地址必须连续（内存发送到外设，内存地址按递增处理），由于没有使用 lwrb_read 读取数据（因为DMA传输只需要获得地址和长度，环形缓冲区维护需要用户手动调整指针），因此 DMA 整个内存发送完毕后，需要手动调整 Read指针位置。

4.3.1 APP层 - usart_send_string

4.3.2 启动发送-usart_start_tx_dma_transfer

4.3.3 完成回调-HAL_UART_TxCpltCallback

4.4 串口接收程序设计

When HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT() or HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA() API are called, progress of reception process is provided to application through calls of Rx Event callback (either default one HAL_UARTEx_RxEventCallback() or user registered one). As several types of events could occur (IDLE event, Half Transfer, or Transfer Complete), this function allows to retrieve the Rx Event type that has lead to Rx Event callback execution. This function is expected to be called within the user implementation of RxEvent Callback, in order to provide the accurate value

In Interrupt Mode : a). HAL_UART_RXEVENT_TC : when Reception has been completed (expected nb of data has been received) b). HAL_UART_RXEVENT_IDLE : when Idle event occurred prior reception has been completed (nb of received data is lower than expected one)

In DMA Mode : a). HAL_UART_RXEVENT_TC : when Reception has been completed (expected nb of data has been received) b). HAL_UART_RXEVENT_HT : when half of expected nb of data has been received c). HAL_UART_RXEVENT_IDLE : when Idle event occurred prior reception has been completed (nb of received data is lower than expected one). In DMA mode, RxEvent callback could be called several times; When DMA is configured in Normal Mode, HT event does not stop Reception process; When DMA is configured in Circular Mode, HT, TC or IDLE events don't stop Reception process;

4.4.1 接收回调 - HAL_UARTEx_RxEventCallback

1. HAL_UART_IRQHandler ：内部判断是否进入空闲中断，空闲中断中则调用HAL_UARTEx_RxEventCallback，执行用户逻辑。

2. HAL_DMA_IRQHandler：内部调用传输过半和传输完成回调函数，执行用户逻辑
hdma->XferHalfCpltCallback 和 hdma->XferCpltCallback 在 UART_Start_Receive_DMA 指定。
UART_DMAReceiveCplt中首先判断串口当前的接收模式，若为空闲中断接收，则直接使用HAL_UARTEx_RxEventCallback 回调；若不是，则在HAL_UART_RxCpltCallback调用用户逻辑（通常为解包代码，这里主要进行回环测试，即收到什么发出什么）。

4.4.2 用户线程 - usart_rx_dma_thread

4.4.3 数据处理函数 - usart_rx_check

1. 线性缓存存储数据存在溢出风险，对于溢出场景要特殊处理。参考【 三、详谈串口讯通讯机制（以STM32为例） 3.3.2 中断组合以及Overflow异常 】获取详细说明。

2. 用户会在中断(DMA HT, DMA TC, UART IDLE)和用户线程调用该函数，需要做好独占访问保护。（也可以通过架构设计避免该问题，比如中断设置为同一抢占优先级，使用同步机制，只唤醒单个线程）

3. 若数据消耗速度跟不上生产速度，则DMA会发生溢出，造成数据丢失。可以通过改进架构或者提高缓存尺寸来解决该问题。本文打开DMA HT, DMA TC, UART IDLE中断，通知更加及时，并通过处理线程化，降低数据处理延迟。