在前面文章 《使用HAL库开发STM32：UART基础使用》 中介绍的UART的基础使用，基础使用非常简单，不过在实际应用过程中仅基础方法可能不是那么方便，还需要编写更多代码来完善使用。这篇文章将对常见的数据发送接收处理方式做个演示。
注1：在STM32开发时因为默认分配的堆内存不大，我个人比起使用malloc或是new方法申请内存，更多的喜欢把数据放在静态区域；（这样编译的时候也可以看到内存占用情况）
注2：本文中有些功能使用C++作为演示，实际使用中也可以自行改为纯C代码实现；
前面文章中讲到我们通常使用非阻塞方式来收发数据，这里就产生了一个问题，如下代码：
void fun(void)
{
uint8_t data[256] = {0};
// TODO
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, data, 256); //将data数组内容通过UART发送
}
int main(void)
{
Init();
fun();
while (1)
{
}
}
上面代码中fun函数里声明了一个数组，然后通过UART以非阻塞的方式进行发送，在调用发送函数后紧接着会立即退出fun函数，dara数组内存会被释放，但这个时候发送还在进行，这里就有可能发生发生数据不对或是程序跑飞等问题。
此外还有一个问题是同一个串口如果以非阻塞方式发送数据，在数据还未发送完的时候再次调用发送函数就会出错。
对于第一个问题解决方法很简单，把data声明放到外面就成：
uint8_t data[256] = {0};
void fun(void)
{
// TODO
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, data, 256); //将data数组内容通过UART发送
}
或者用动态申请的方式：
uint8_t *data;
void fun(void)
{
data = (uint8_t*)malloc(256); //申请内存
// TODO
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, data, 256);
}
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart == &huart1)
{
free(data); //发送完成后释放内存
}
}
对于第二个问题解决方法也不麻烦，通过观察可以知道HAL库的串口发送函数传入参数除了串口对象以外还有数据地址和长度，只要把数据地址和长度保存到下来，然后一个一发送即可，可以参考下节。
下面是我个人对于串口发送常用的处理方式：
lib_fakeheap代码如下：
#ifndef LIB_FAKEHEAP_H_
#define LIB_FAKEHEAP_H_
#include "main.h"
class LibFakeHeap {
public:
LibFakeHeap(uint8_t *buf, size_t size);
~LibFakeHeap(void);
uint8_t *get(size_t size);
private:
uint8_t *_buf;
size_t _size;
size_t _index;
};
#endif /* LIB_FAKEHEAP_H_ */
#include "lib_fakeheap.h"
LibFakeHeap::LibFakeHeap(uint8_t *buf, size_t size) :
_buf(buf), _size(size), _index(0) {
}
LibFakeHeap::~LibFakeHeap(void) {
}
uint8_t *LibFakeHeap::get(size_t size) {
if ((size == 0) || (size > _size)) {
return nullptr;
}
if ((_index + size) > _size) {
_index = size;
return _buf;
}
uint8_t *tmp = _buf + _index;
_index = (_index + size) % _size;
return tmp;
}
代码非常简单，功能上就是一开始声明个大点的静态数组，然后使用的时候动态分配。
这个方式和malloc或是new差不多，好处是用完不用释放，缺点是所占用的内存无法它用。另外这个代码使用是基于一个前提的——单位时间内需要发送的数据最大数量是能预估的。
在使用时需要根据业务功能来估计声明的静态数组的大小，最好是单位时间内最大需求的两倍。
lib_uart发送部分代码如下：
#ifndef LIB_UART_H_
#define LIB_UART_H_
#include "main.h"
typedef struct {
uint8_t *data;
uint16_t size;
} LibUartTxInfo;
class LibUartTx {
public:
LibUartTx(UART_HandleTypeDef *uart, LibUartTxInfo *queue, size_t queuesize);
~LibUartTx(void);
bool write(uint8_t *data, uint16_t size);
void dmaTcHandle(UART_HandleTypeDef *uart);
private:
UART_HandleTypeDef *_uart;
LibUartTxInfo *_queue;
size_t _queuesize;
size_t _queuefront;
size_t _queuerear;
bool _sending;
};
#endif /* LIB_UART_H_ */
#include "lib_uart.h"
LibUartTx::LibUartTx(UART_HandleTypeDef *uart, LibUartTxInfo *queue, size_t queuesize) :
_uart(uart), _queue(queue), _queuesize(queuesize), _queuefront(0), _queuerear(0), _sending(false) {
}
LibUartTx::~LibUartTx(void) {
}
bool LibUartTx::write(uint8_t *data, uint16_t size) {
if ((_queuerear + 1) % _queuesize == _queuefront) {
return false;
}
_queue[_queuerear].data = data;
_queue[_queuerear].size = size;
_queuerear = (_queuerear + 1) % _queuesize;
if (!_sending) {
_sending = true;
HAL_UART_Transmit_DMA(_uart, _queue[_queuefront].data, _queue[_queuefront].size);
_queuefront = (_queuefront + 1) % _queuesize;
}
return true;
}
void LibUartTx::dmaTcHandle(UART_HandleTypeDef *uart) {
if (uart != _uart) {
return;
}
if (_queuerear == _queuefront) {
_sending = false;
return;
}
HAL_UART_Transmit_DMA(_uart, _queue[_queuefront].data, _queue[_queuefront].size);
_queuefront = (_queuefront + 1) % _queuesize;
}
上面代码思路其实就是把待发送数据的地址和长度放到一个队列里，当没有进行发送或发送完成时判断下队列内容，如果队列不为空则再次启动发送。
和发送相比UART接收到真正使用更加麻烦点，因为接收的时候会有更多不确定性，数据长度不定、数据传输出错等等各种问题。一般的串口通讯中会制定一些带有校验功能的协议，只有接收到符合协议的数据才进行响应。一般的来说数据接收可以按下面方式处理：
下面是数据接收的演示：
上图中串口配置了中断和DMA功能，其中DMA接收部分用了循环接收方式 。在 stm32f4xx_it.cpp 文件的 void USART1_IRQHandler(void) 函数中添加了空闲中断相关处理。上图中每次串口接收完成数据后会触发空闲中断，在空闲中断中调用 fun 函数把 uartrxbuf 当前的数据发回上位机。在这里的 fun 函数其实就是下文的数据解析函数，只不过这里没有进行解析而已。
上图演示中用的是循环接收，但后面的演示中用的是普通接收方式，因为HAL库和循环接收的思路逻辑有点冲突。下面的代码是上面演示中用到的代码，实际使用中因为逻辑上的冲突后面有些改动，最终代码可以参考本文后边给出的链接。
lib_uart接收部分代码如下：
#ifndef LIB_UART_H_
#define LIB_UART_H_
#include "main.h"
class LibUartRx {
public:
LibUartRx(UART_HandleTypeDef *uart, DMA_HandleTypeDef *dma, uint8_t *buf, size_t bufsize, void (*dataParse)(size_t rear));
~LibUartRx(void);
void listen(void);
void uartIdleHandle(void);
private:
UART_HandleTypeDef *_uart;
DMA_HandleTypeDef *_dma;
uint8_t *_buf;
size_t _bufsize;
void (*_dataParse)(size_t rear);
};
#endif /* LIB_UART_H_ */
#include "lib_uart.h"
LibUartRx::LibUartRx(UART_HandleTypeDef *uart, DMA_HandleTypeDef *dma, uint8_t *buf, size_t bufsize, void (*dataParse)(size_t rear)) :
_uart(uart), _dma(dma), _buf(buf), _bufsize(bufsize), _dataParse(dataParse) {
}
LibUartRx::~LibUartRx(void) {
}
void LibUartRx::listen(void) {
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(_uart);
__HAL_UART_ENABLE_IT(_uart, UART_IT_IDLE);
HAL_UART_Receive_DMA(_uart, _buf, _bufsize);
}
void LibUartRx::uartIdleHandle(void) {
if (__HAL_UART_GET_FLAG(_uart, UART_FLAG_IDLE)) {
__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(_uart);
_dataParse(_bufsize - __HAL_DMA_GET_COUNTER(_dma));
}
}
数据解析需要根据具体业务进行，比如拿常见的Modbus-Rtu协议说明：
编写相应的解析函数来执行操作，先看下面演示（下图的演示是修复一些问题后的代码演示，具体代码可以在下面的链接中找到）：
上面演示中注册了两条指令，mcu在收到相应指令后进行了应答，如果收到无法解析为指令的数据就会滤过（演示中忘记示范了）。
上面的库代码和例程演示可以在我的GitHub项目中找到：
https://github.com/NaisuXu/STM32-tool-library-based-on-HAL-and-LL
HAL库设计了一套模式，让用户可以用上各个功能，但同时也带来了一些问题。比如你只能按着它的思路来使用，不然就会可能出现各种问题，下面就是串口使用中出现的一些问题：
串口是蛮常用的功能，为了使使用时更顺手花时间整点工具还是值得的。这篇文章主要是提供了一种思路，上面代码中也还有很多可以调整优化的地方。