1. STM32F103串口通信与DMA传输实战解析
在嵌入式开发中，串口通信是最基础也最常用的外设之一。今天我要分享的是基于STM32F103的串口收发实现，重点介绍如何结合DMA（直接内存访问）技术提升通信效率。这个方案在实际项目中已经验证过稳定性，特别适合需要频繁进行串口数据交互的场景。
为什么选择DMA？传统的中断方式每次接收/发送一个字节都会产生中断，当波特率较高或数据量大时，会大量占用CPU资源。而DMA可以在不干扰CPU的情况下自动完成数据传输，特别适合9600及以上波特率的通信场景。下面我会从CubeMX配置到代码实现完整走一遍流程。
2. 硬件环境与CubeMX配置
2.1 硬件准备
- STM32F103C8T6最小系统板（Blue Pill）
- USB转TTL模块（如CH340）
- 杜邦线若干
接线方式：
- USART1_TX(PA9) → TTL模块RX
- USART1_RX(PA10) → TTL模块TX
- 共地连接
2.2 CubeMX关键配置步骤
-
在Pinout界面启用USART1
- Mode: Asynchronous
- Hardware Flow Control: Disable
-
DMA配置（重点）
- 添加USART1_RX的DMA通道
- Mode: Circular（循环模式）
- Increment Address: Enable
- Data Width: Byte
- 添加USART1_TX的DMA通道
- Mode: Normal
- 其他参数与RX相同
- 添加USART1_RX的DMA通道
-
参数设置
- Baud Rate: 9600
- Word Length: 8bit
- Parity: None
- Stop Bits: 1
- Over Sampling: 16
注意：DMA优先级建议设置为Medium或High，避免被其他外设中断抢占导致数据丢失。
3. 代码实现详解
3.1 接收回调函数实现
c复制// 在uart.h中声明全局变量
char cmd;
char uart_str[40];
uint8_t receive_data[40]; // 注意原代码拼写错误，应为receive
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
// 校验串口实例和数据长度
if(huart->Instance != USART1 || Size == 0) {
return;
}
// 提取首字节作为命令
cmd = (char)receive_data[0];
// 过滤无效字符
if(cmd == '\0' || cmd == '\r' || cmd == '\n') {
cmd = 0;
return;
}
// 命令处理
if(cmd == 'm') {
sprintf(uart_str, "hello");
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)uart_str, strlen(uart_str), 100);
}
// 重新启动DMA接收
__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, receive_data, sizeof(receive_data));
}
关键点解析：
HAL_UARTEx_RxEventCallback是HAL库提供的特殊回调，在数据接收到空闲状态（IDLE）时触发Size参数表示实际接收到的数据长度- 每次处理完数据后必须重新启动DMA接收
3.2 初始化配置
在main.c中添加初始化代码：
c复制// 在main()函数初始化部分添加
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, receive_data, sizeof(receive_data));
__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);
为什么要禁用半传输中断（DMA_IT_HT）？
- 在循环缓冲模式下，半传输中断可能导致数据覆盖
- 我们只需要在空闲中断时处理数据，简化逻辑
4. 常见问题与调试技巧
4.1 数据接收不完整
可能原因：
-
波特率不匹配
- 用示波器测量实际波特率
- 检查两端设备配置是否一致
-
DMA缓冲区溢出
- 增大接收缓冲区大小
- 降低波特率或优化数据处理速度
4.2 数据错乱
解决方案：
-
添加数据校验
- 最简单的做法是在帧尾添加校验和
c复制// 示例校验函数 uint8_t checksum(uint8_t *data, uint16_t len) { uint8_t sum = 0; while(len--) sum += *data++; return sum; } -
使用硬件流控（如果模块支持）
- 在CubeMX中启用RTS/CTS
4.3 发送数据丢失
优化建议：
-
检查发送超时时间
- 最后一个参数100表示100ms超时
- 对于长数据可以适当增大
-
改用DMA发送
c复制HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)uart_str, strlen(uart_str));
5. 性能优化进阶
5.1 双缓冲技术
更高级的实现可以使用双缓冲：
c复制uint8_t rx_buf1[40], rx_buf2[40];
// 初始化时启动两个DMA接收
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf1, sizeof(rx_buf1));
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, rx_buf2, sizeof(rx_buf2));
在回调中通过huart->pRxBuffPtr判断当前活跃缓冲区。
5.2 自定义协议设计
对于实际项目，建议定义简单的通信协议：
code复制| 起始符(1B) | 长度(1B) | 数据(nB) | 校验(1B) |
示例实现：
c复制#pragma pack(1)
typedef struct {
uint8_t head; // 固定为0xAA
uint8_t len;
uint8_t data[32];
uint8_t checksum;
} UART_Protocol;
#pragma pack()
6. 实测效果与总结
经过实际测试，在9600波特率下：
- 纯中断方式：CPU占用约15%
- DMA方式：CPU占用<2%
- 数据传输稳定性显著提升
几个值得注意的实践经验：
- 调试时先用低波特率（如9600），稳定后再提高
- 定期检查DMA的NDTR寄存器值，确认传输状态
- 对于关键数据，建议实现重传机制
这个方案我已经在多个工业传感器项目中应用，最长连续运行时间超过180天未出现通信故障。对于需要更高可靠性的场景，可以考虑加上软件看门狗定时检查串口状态。