使用STM32的HAL库实现UART串口不定长数据的接收

使用STM32的UART接收数据的时候，经常会遇到接收长度不固定的数据，比如一帧数据可能是10个字节，也可能是12个字节。这种数据称为不定长数据。

现有的很多通信协议是不定长的，比如modbus-rtu，其不同指令的长度是不同的，还比如与ESP8266通信使用的AT指令，其数据长度也不是固定的。

对于上面所说的不定长数据，可以使用状态机的方式判断一帧数据的结束，即在UART接收中断中按照通信协议的格式进行判断，确定哪个字节为帧的结尾。但是这种方式编程比较复杂。

有一个更简单的方法，就是判断一帧数据的时间间隔。默认两帧数据之间是有一定时间间隔的，比如10ms，那么当收到一个字节的数据后，5ms内没有收到新的字节，就认为一帧数据的结束。这种方法能够大大简化UART接收中断的处理函数。只需要在主流程里判断这一帧数据是否合法即可，能够很好的减低编程难度，也提高了MCU的处理效率。

那么如何实现这种编程方式呢？这里介绍一种通过HAL库实现的方式。

不定长数据接收方式

在STM32中最通用的方式就是借助UART的IDLE中断来实现，即结合UART的接收DMA和IDLE中断来实现。这种方式适用于STM32的所有芯片。

UART的IDLE中断是：当一个空闲帧被检测到时产生的中断。空闲帧如下图所示，为持续一个字节数据的高电平，就是空闲帧。也就是持续1个字节总线上没有数据就是一个空闲帧。

通过设置UART使用DMA进行接收，使得UART能够自动接收数据，并放入缓冲区中。当STM32检测到IDLE中断后，通过回调函数对接收到的数据进行处理。这样不用每接收到一个字节就处理，提高了MCU的运行效率。

HAL库函数

在STM32的HAL库中提供了现成的函数
HAL_StatusTypeDef HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)

这个函数使用DMA接收数据，当接收到Size个数据或者遇到IDLE中断时完成接收，然后调用下面的回调函数。

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)

库函数使用注意实现

因此对一帧数据的处理函数要放到 HAL_UARTEx_RxEventCallback() 函数中。注意这个函数是在中断程序中，因此其处理函数要尽量的短。而且其参数Size 在DMA为循环模式时，指的是在接收缓冲区中下一个字节的写入索引位置，这个要注意。

在使用HAL_UARTEx_RxEventCallback() 回调函数的时候也要注意，这个函数在DMA的“半传输”中断和“传输完成”中断的时候也会进入此回调函数。比如说使用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA() 函数接收20个字节，那么在接收到10个字节的时候会触发DMA“半传输中断”，接收到20个字节的时候会触发DMA的“传输完成”中断。DMA的“传输完成”中断不会产生影响，因为此时接收也已经完成了。但是“半传输”中断会影响处理，比如接收到不定长数据为12个字节，那么在收到10个字节的时候会进入HAL_UARTEx_RxEventCallback() 回调函数，在接受到12个字节的时候还会进入HAL_UARTEx_RxEventCallback() 回调函数。

防止DMA中断影响的方法

最简单的处理方法是关闭DMA的这2个中断，可以在调用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA() 函数后，关闭这2个中断，参考如下代码：

  HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1,recvbuf,20);__HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx,DMA_IT_HT); //关闭半传输中断__HAL_DMA_DISABLE_IT(huart1.hdmarx,DMA_IT_TC); //关闭传输完成中断

这种方法既适用于将UART的DMA接收设置为循环接收，也适用于将DMA设置为单次接收模式。

如果不想关闭中断，而且DMA接收模式时单次模式，那么也可以在回调函数中进行判断，判断方法如下：

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{if(huart->RxState == HAL_UART_STATE_READY){// 接收完成}else{// 半传输中断}
}

在“半传输”中断进入时，接收没有完成，因此huart->RxState 的值是HAL_UART_STATE_BUSY_RX ，因此可以通过判断huart->RxState 的值是否等于HAL_UART_STATE_READY ，得知是因哪种事件进入的回调函数。

以上就是STM32使用HAL库实现UART不定长数据接收的一种方法，使用起来很简便。但是使用IDLE中断判断1帧数据结束还有有一定问题的，比如说在终端发送数据的时候，一帧数据中字节与字节之间的时间间隔比1个字节长了，就会造成误判。所以在使用的时候还是要注意区分的。在新出的STM32处理器中，针对这一点提供也新的解决方案，就是包含一个时间间隔可以设置的功能，这个将在下一次进行分享。