完成串口的DMA

book/06：串口通信/01.md

@@ -548,4 +548,161 @@ int main(void) {
 1. 这个简单的格式解析是通信当中的语法和意义；但是还有些不完善，会存在什么缺陷？
 2. 应该如何解决这些问题？
 
-# 5. DMA方式的串口通信
+# 5. DMA方式的串口通信
+
+轮询方式是主动的查询串口的状态，根据寄存器状态来进行收发的操作；这种方式效率比较低。中断方式效率较高，串口当有状态变化的时候会产生中断（中断函数的优先级永远高于主函数），进行对数据进行处理。但是中断方式其实还是一个字节一个字节的收发（看看[STM32串口通信](STM32串口通信)），没发送或者是接收一个字节都会产生中断。CPU在每个字节的收发后都要进行处理，这样的方式效率还是不够高。因此有了DMA方式。简单说来，DMA（Direct Memory Access）方式是外设与内存之间建立了一个联系，当有一组数据接收或者发送完成的时候才通知CPU进行处理（中断），这样会大家提高效率，减少CPU的占用时间。
+
+## 5.1. DMA控制器概述
+
+![image-20241005085938773](./img/image-20241005085938773.png)
+
+参考手册143页，描述了芯片有2个DMA控制器。
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+![image-20241005090300061](./img/image-20241005090300061.png)
+
+1. 具备两个DMA控制器：DMA1和DMA2，每个控制器有8个数据流，每个数据流可以响应16个来自外设或存储器的 DMA 请求。
+2. 数据流(stream)是用于连接传输源和传输目标的数据通路，每个数据流可以配置为不同的传输源和传输目标。
+3. DMA 控制器通过总线仲裁器来协调各个 DMA 请求的优先级。
+4. 支持三种数据传输方向:从外设到存储器、从存储器到外设以及从存储器到存储器。
+5. 具备16字节的 FIFO。使能 FIFO功能后，源数据先送人FIFO，达到 FIFO 的触发阈值后，再传送到目标地址。
+
+## 5.2. DMA的接口函数
+
+### 5.2.1. 串口DMA 方式发送函数(HAL_UART_Transmit_DMA)
+
+![image-20241005091434964](./img/image-20241005091434964.png)
+
+### 5.2.2. 串口DMA方式接收函数(HAL_UART_Receive_DMA)
+
+![image-20241005091528957](./img/image-20241005091528957.png)
+
+### 5.2.3. DMA数据项数读取函数(__HAL_DMA_GET_COUNTER)
+
+![image-20241005091634050](./img/image-20241005091634050.png)
+
+### 5.2.4. 串口DMA传输停止函数(HAL_UART_DMAStop
+
+![image-20241005091816300](./img/image-20241005091816300.png)
+
+## 5.3. 利用空闲中断和 DMA 实现不定长数据的接收
+
+什么是空闲中断？
+![alt text](img/idle.drawio.png)
+
+串口拉低进行通信；每个字符间有一个停止位（高）；当检查到停止位有两个以上的长度时表示线路Idle；或者说数据不连续。
+
+任务描述：
+
+使用空闲中断，接收一组连续的数据，然后把这些数据返回。因为框架并没有提供idle中断，因此需要修改一下中断处理函数。
+
+### 5.3.1. 开发板配置
+
+1. 设置串口，与以前的一致，需要使能串口2：
+
+![image-20241005100538695](./img/image-20241005100538695.png)
+
+2. 设置DMA
+
+![image-20241005100851227](./img/image-20241005100851227.png)
+
+点击1位置，添加RX的DMA支持（2条目），该配置后面的（Channel，Direction，Priority）保持缺省就可以了。Channel是固定的，这里不能调整；Direction，因为是读取，肯定是外设到内存，因此也不能调整；Priority是用于DMA仲裁的，因为这里只有一个DMA，因此任意值都没有关系。
+
+3位置用于设置 DMA 工作模式，分为Normal和 Circular 两种模式。在Normal模式下，当DMA传输结束时，即指定数量的数据已经完成传输，将不再产生 DMA操作。如果需要再次传输数据，需要在关闭DMA数据流的情况下，重新启动DMA 传输。这种方式相当于单次传输方式。
+
+在 Circular 模式下，当前的 DMA 传输结束时，传输数据的数量将自动重载为初值，数据缓冲区重新指向首地址，只要有数据就会继续DMA传输。这种方式相当于连续传输方式。Circular模式主要用于连续、大批量的数据传递，如 A/D转换中的连续转换模式。而这里的不定长数据接收任务，无法预知一帧数据的字节数。当利用 IDLE 中断接收完一帧数据后，需要暂停 DMA 传输，获取该帧数据的字节数，然后重新启动 DMA 传输，因此选择Normal 模式。
+
+4、5位置的Increment Address：用于设置地址递增。外设作为单一设备，地址固定，因此，地址设置为不递增。而存储器包括多个存储单元，完成一个数据传输后，地址应该自动递增，指向下一个待传输数据的地址，因此设置为自动增加。
+
+5位置的数据宽度：用于设置数据宽度，有Byte(字节)HalfWord(2字节)和Word(4字节)三种选择。由于串口一次只能收发一字节，因此选择 Byte。
+
+3. 设置串口2的全局中断，以便可以捕获IDLE中断。
+
+![image-20241005101755877](./img/image-20241005101755877.png)
+
+### 5.3.2. 代码
+
+在main.c的大约22行加入：
+
+```c
+/* USER CODE BEGIN Includes */
+#include <string.h>
+/* USER CODE END Includes */
+```
+
+因为等一下要用到 strlen函数，因此加入 string.h 的引用。
+
+
+
+在main.c的大约60行加入：
+
+```c
+/* USER CODE BEGIN 0 */
+#define LENGTH 100								// 接收缓冲的长度，需要不小于最大帧（连续数据）的长度
+uint8_t RxBuffer[LENGTH];					// 接收缓冲，也用于发送
+uint8_t RxCount = 0;								// 接收到的数据长度
+
+volatile uint8_t RxFlag = 0;					// 自定义 Idle 中断标志
+
+const char *MSG1 = "Hello";
+
+/* USER CODE END 0 */
+```
+
+这里主要是变量的定义，注意 RxFlag 这个变量设置成 volatile ，因为在中断中需要对这个变量进行写，在main.c中需要对这个变量进行读。
+
+main.c的大约100行的main函数中：
+
+```c
+	/* USER CODE BEGIN 2 */
+	HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*) MSG1, strlen(MSG1), 100);		// 发送提示
+	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart2, UART_IT_IDLE);
+	HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, RxBuffer, LENGTH);		// 开启DMA接收
+	/* USER CODE END 2 */
+```
+
+首先发送欢迎消息，然后启动串口2的IDLE中断，最后启用串口的DMA的接收。
+
+在main函数的循环中：
+
+```c
+	while (1) {
+		/* USER CODE END WHILE */
+
+		/* USER CODE BEGIN 3 */
+		if (RxFlag) {									// 坚持到IDLE中断，表示一帧数据接收完成
+			RxFlag = 0;											// 重新设置自定义中断标志
+			HAL_UART_DMAStop(&huart2);					// 停止DMA 接收，因为DMA可能没有接收满
+			RxCount = LENGTH - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart2_rx);// 计算收到数据的长度
+			HAL_UART_Transmit(&huart2, RxBuffer, RxCount, 100);		// 发送接收到的数据
+			// 书上有把缓冲区重新填写为0的代码，其实是不需要的
+			HAL_UART_Receive_DMA(&huart2, RxBuffer, LENGTH);		// 重新开启DMA接收
+		}
+	}
+```
+
+循环判断 RxFlag 标志，该标志是在串口中断服务中设置；检查到该标识表示已经接收完连续的一组数据；然后关闭DMA，发送刚刚收到的数据，最后在开始DMA读取。
+
+以上是main.c的代码，下面看看stm32f1xx_it.c的代码。
+
+大约在60行左右：
+
+```c
+/* USER CODE BEGIN EV */
+extern volatile uint8_t RxFlag;				// RxFlag 在 main.c 中定义，这里只是引用
+/* USER CODE END EV */
+```
+
+因为FxFlag是在main.c中定义的，这里也是需要使用的，所以声明成外部变量。
+
+在大约204行的串口中断服务中加入以下代码：
+
+```c
+	/* USER CODE BEGIN USART2_IRQn 1 */
+	if (__HAL_UART_GET_FLAG(&huart2,UART_FLAG_IDLE) != RESET) {
+		__HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart2);
+		RxFlag = 1;
+	}
+	/* USER CODE END USART2_IRQn 1 */
+```
+
+这里判断串口的IDLE标志，如果是真，就设置FxFlag为1，以便main函数使用。