簡(jiǎn)介STM32F091多串口程序是一份基于ARM Cortex-M0內(nèi)核微控制器的UART驅(qū)動(dòng)與中斷接收工程適合嵌入式開(kāi)發(fā)者、物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)人員參考。程序圍繞主串口中斷接收展開(kāi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)主串口向五個(gè)乃至七個(gè)從串口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)可通過(guò)中斷優(yōu)先級(jí)管理、獨(dú)立DMA通道或輪詢標(biāo)識(shí)靈活擴(kuò)展涵蓋時(shí)鐘初始化、GPIO復(fù)用、波特率數(shù)據(jù)位配置、接收中斷及可選DMA傳輸?shù)韧暾襟E。壓縮包內(nèi)含881個(gè)文件以C源文件、頭文件、匯編文件、編譯生成的目標(biāo)鏈接文件、Keil工程配置及芯片文檔為主輔以網(wǎng)頁(yè)與PDF說(shuō)明總體積約7.58MB目錄結(jié)構(gòu)清晰便于對(duì)照學(xué)習(xí)。已有767人學(xué)習(xí)下載。通過(guò)分析這些代碼可深入理解STM32F091多串口的驅(qū)動(dòng)寫(xiě)法、中斷處理與轉(zhuǎn)發(fā)邏輯并借鑒防止數(shù)據(jù)丟失、保障實(shí)時(shí)性的工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)實(shí)現(xiàn)多路串口橋接或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有直接價(jià)值。1. STM32F091 多串口程序難點(diǎn)從來(lái)不在串口多而在它們同時(shí)工作做 STM32F091 多串口程序最有意思的一點(diǎn)是單看任何一個(gè)串口配置都簡(jiǎn)單到能閉眼寫(xiě)完但當(dāng)真把 8 個(gè) UART 全部掛上外設(shè)、跑起數(shù)據(jù)時(shí)問(wèn)題就全來(lái)了——中斷互相搶占、DMA 通道不夠分、波特率誤差在某個(gè)串口上突然放大、一幀數(shù)據(jù)被空閑中斷硬生生拆成兩半。我見(jiàn)過(guò)不少開(kāi)發(fā)者被這些現(xiàn)象折磨到懷疑芯片體質(zhì)最后只能靠玄學(xué)調(diào)參。這篇文章想直接把 STM32F091 多串口程序的完整落地路徑講透先盤資源、再分配通道、給出可抄的初始化和收發(fā)代碼最后把最容易翻車的幾個(gè)場(chǎng)景以現(xiàn)象到原因到解決的方式列清楚。適合正在做多傳感器采集、一主多從協(xié)議轉(zhuǎn)換、或把多個(gè)串口模塊同時(shí)掛到一顆低成本 M0 芯片上的從業(yè)者。2. 多串口方案的資源底牌8 個(gè) UART 與中斷/DMA 怎么分才不打架2.1 STM32F091 的串口資源盤點(diǎn)哪些口能復(fù)用哪些口要省著用STM32F091 這顆片子最吸引人的一點(diǎn)是它在一顆 M0 內(nèi)核上放了一堆串口資源片上最多提供 USART1/USART2 和 UART3 到 UART8加起來(lái) 8 個(gè)串口。但“有”和“能用”之間隔著幾道坎。第一道坎是引腳。每個(gè)串口的 TX/RX 并不是固定在某一對(duì)引腳上的而是有多組復(fù)用選擇具體映射關(guān)系要去數(shù)據(jù)手冊(cè)的 alternate function 表里查。開(kāi)始畫(huà)原理圖之前我會(huì)先把目標(biāo)封裝的所有引腳和 AF 映射列出來(lái)而不是等板子回來(lái)了再拿杜邦線飛。有些引腳同時(shí)掛在了多個(gè)串口候選上選了 A 串口B 串口就只能換引腳這一步在布局階段就要定死。第二道坎是 M0 內(nèi)核的資源預(yù)算。F091 的主頻上限是 48MHzFlash 和 RAM 都談不上寬裕8 個(gè)串口如果全部走中斷收發(fā)一個(gè)大數(shù)據(jù)幀進(jìn)來(lái)CPU 時(shí)間就會(huì)被反復(fù)打斷主循環(huán)里的業(yè)務(wù)邏輯幾乎跑不動(dòng)。所以做多串口程序前第一件事不是寫(xiě)代碼而是給每個(gè)串口定工作模式和優(yōu)先級(jí)。我一般會(huì)按“數(shù)據(jù)量 × 實(shí)時(shí)性”把串口分成三類第一類是高速持續(xù)數(shù)據(jù)流比如 4G 模塊、Wi-Fi 透?jìng)髯?DMA 收發(fā)第二類是中等數(shù)據(jù)量、需要及時(shí)響應(yīng)的設(shè)備比如稱重儀表、條碼槍走中斷 空閑中斷判斷第三類是低頻配置口比如按鍵面板、調(diào)試日志輪詢就夠用。注意8 個(gè)串口不要全上 DMAF091 的 DMA 資源非常緊張。它在手冊(cè)里的 DMA 請(qǐng)求映射表串口和 DMA 通道的分配是有講究的有的通道天然只能服務(wù)特定幾個(gè)外設(shè)串口一多先到先得后配的串口就可能找不到空閑通道。2.2 中斷與 DMA 通道分配先分優(yōu)先級(jí)再寫(xiě)代碼動(dòng)手寫(xiě)時(shí)鐘和串口初始化代碼之前先畫(huà)一張分配表。比如一個(gè)典型應(yīng)用串口 1 接上位機(jī)走 DMA 收發(fā)搶占優(yōu)先級(jí)最高串口 2 接定位模塊走 DMA 接收 空閑中斷串口 3 接傳感器走中斷接收串口 4 到串口 8 做配置口或日志口其中一部分甚至只在開(kāi)機(jī)時(shí)讀寫(xiě)一輪。串口典型用途收發(fā)方式波特率中斷/優(yōu)先級(jí)策略USART1上位機(jī)通信RX: DMA 空閑中斷TX: DMA115200搶占優(yōu)先級(jí)最高USART2定位模塊RX: DMA 空閑中斷TX: 輪詢9600搶占優(yōu)先級(jí)次高UART3傳感器輪詢RX: 中斷逐字節(jié)TX: 輪詢115200普通優(yōu)先級(jí)UART4-UART8配置/日志/低速設(shè)備RX: 查詢或低優(yōu)先級(jí)中斷9600低優(yōu)先級(jí)或關(guān)閉中斷這張表解決的是一個(gè)非常重要的問(wèn)題中斷嵌套順序。F091 的 NVIC 支持搶占優(yōu)先級(jí)多串口同時(shí)收發(fā)時(shí)只有優(yōu)先級(jí)最高的串口能立刻打斷主流程其他串口的數(shù)據(jù)會(huì)排隊(duì)。很多翻車場(chǎng)景的根源就是把所有串口的中斷優(yōu)先級(jí)都設(shè)成了最好的一檔結(jié)果任意一個(gè)串口來(lái)數(shù)據(jù)都能打斷一切主循環(huán)直接餓死。具體到實(shí)現(xiàn)層面先定哪幾個(gè)串口必須高優(yōu)先級(jí)哪幾個(gè)串口能容忍延遲再用這張表指導(dǎo) CubeMX 里的配置和代碼里的優(yōu)先級(jí)設(shè)置效率會(huì)高很多。另外F091 是 M0 內(nèi)核沒(méi)有位帶操作。需要保護(hù)多串口共享的緩沖區(qū)索引時(shí)不要想著用位帶原子改標(biāo)志老老實(shí)實(shí)用臨界區(qū)或者關(guān)中斷。這是以后寫(xiě)收發(fā)緩沖時(shí)必須記住的前提。3. 初始化配置時(shí)鐘、波特率誤差與 CubeMX 批量生成3.1 從 8MHz 換到 48MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘算清 BRR 誤差再動(dòng)手串口初始化前先把系統(tǒng)時(shí)鐘拉起來(lái)。F091 外部晶振常見(jiàn)是 8MHz內(nèi)部 PLL 可以倍頻到 48MHz把系統(tǒng)時(shí)鐘跑到最高頻串口波特率生成器才有足夠的整數(shù)分頻粒度。這里注意一個(gè)坑從 8MHz 切到 48MHz 時(shí)Flash 等待周期要跟著設(shè)置好否則程序可能直接跑飛。CubeMX 生成的代碼一般會(huì)自動(dòng)處理這些但如果你習(xí)慣手寫(xiě)寄存器初始化最容易漏的就是這一步。F091 的串口時(shí)鐘來(lái)自 APB 總線。系統(tǒng)時(shí)鐘 48MHz 時(shí)只要 APB 分頻器設(shè)為 /1串口外設(shè)時(shí)鐘就是 48MHz。波特率分頻的計(jì)算公式是 BRR 串口時(shí)鐘 / 波特率但實(shí)際寫(xiě)入 BRR 寄存器的值和這個(gè)商并不完全相等因?yàn)?BRR 只有有限位數(shù)取整后必然產(chǎn)生誤差。計(jì)算一個(gè)實(shí)際例子時(shí)鐘 48MHz、波特率 115200 時(shí)48,000,000 / 115,200 416.666取整后實(shí)際波特率約為 115,107誤差約 0.08%完全可用。但如果外部晶振是 12MHzPLL 配置不當(dāng)導(dǎo)致串口時(shí)鐘變成 44MHz44,000,000 / 115,200 381.94取整誤差到了 0.2% 附近接某些對(duì)時(shí)序敏感的對(duì)端設(shè)備就可能出現(xiàn)概率性亂碼。這就是多串口程序的第一個(gè)核心邏輯波特率誤差不是“有或沒(méi)有”而是“能不能壓在接收端的容忍范圍里”。常見(jiàn) UART 異步通信在 8-N-1 格式下接收端能容忍約 ±2% 的頻率偏差超過(guò)這個(gè)邊界串口助手打出來(lái)的字可能正常但接真實(shí)模塊就開(kāi)始隨機(jī)翻車。所以在配置串口時(shí)我建議優(yōu)先保證所有串口共用同一個(gè)串口時(shí)鐘源不要一個(gè)串口用一個(gè)時(shí)鐘。CubeMX 的 Clock Configuration 頁(yè)面可以直接看到系統(tǒng)時(shí)鐘、APB 分頻和串口時(shí)鐘的關(guān)系把 APB 分頻設(shè)置成 /1讓所有 UART 共享 48MHz 時(shí)鐘是最省心的做法。3.2 CubeMX 多串口初始化與表驅(qū)動(dòng)配置用 CubeMX 配多串口時(shí)我喜歡把重復(fù)勞動(dòng)壓縮到最小。在 Pinout 頁(yè)面把用到的串口引腳逐個(gè)點(diǎn)亮每個(gè) UART 的 Mode 選 AsynchronousParameter Settings 里配置波特率、字長(zhǎng) 8、停止位 1、無(wú)校驗(yàn)。這里有個(gè)經(jīng)驗(yàn)值同一項(xiàng)目的多個(gè)串口波特率盡量用整數(shù)分頻能整除的值比如 48MHz 時(shí)鐘下 115200、9600、38400 都相對(duì)友好而 57600 在某些分頻組合下誤差偏大。CubeMX 生成工程后HAL 庫(kù)會(huì)給每個(gè)串口生成一個(gè)UART_HandleTypeDef實(shí)例和對(duì)應(yīng)的MX_USARTx_UART_Init函數(shù)。串口多了之后逐個(gè)手寫(xiě)初始化函數(shù)非常容易漏配我會(huì)再加一層表驅(qū)動(dòng)封裝。用一張配置表把串口實(shí)例、波特率、優(yōu)先級(jí)、中斷回調(diào)入口統(tǒng)一起來(lái)主循環(huán)里通過(guò)索引訪問(wèn)后面新增串口只需要改表不用改邏輯。typedef struct { UART_HandleTypeDef *huart; uint32_t baudrate; IRQn_Type irq; uint8_t preempt_prio; } uart_cfg_t; const uart_cfg_t uart_configs[] { { huart1, 115200, USART1_IRQn, 1 }, { huart2, 9600, USART2_IRQn, 2 }, { huart3, 115200, USART3_IRQn, 8 }, }; void uart_common_init(const uart_cfg_t *cfg) { HAL_NVIC_SetPriority(cfg-irq, cfg-preempt_prio, 0); HAL_NVIC_EnableIRQ(cfg-irq); }這段代碼的作用是把中斷優(yōu)先級(jí)和中斷使能從每個(gè)串口的初始化里抽出來(lái)統(tǒng)一由配置表驅(qū)動(dòng)。preempt_prio字段寫(xiě)成 1、2、8代表不同的搶占優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小優(yōu)先級(jí)越高。多串口場(chǎng)景下控制鏈路和高速鏈路用低數(shù)值日志和低速配置口用高數(shù)值這樣即使日志串口瘋狂刷屏也不會(huì)堵死核心通信鏈路。注意這個(gè)例子里我把優(yōu)先級(jí)抽出來(lái)了但每個(gè)串口的波特率、引腳復(fù)用、DMA 通道仍然看 CubeMX 里那一段配置不在表驅(qū)動(dòng)范圍內(nèi)因?yàn)樗鼈兒途唧w外設(shè)強(qiáng)綁定。初始化時(shí)還有一個(gè)容易忽略的參數(shù)TX/RX 的 GPIO 速度尤其是波特率拉到 460800 或者 1M 時(shí)GPIO 輸出速度必須足夠快否則信號(hào)邊沿變形短距離通信也可能丟字節(jié)。CubeMX 默認(rèn)的 GPIO 設(shè)置通常偏低我在高速串口上會(huì)手動(dòng)把對(duì)應(yīng)引腳的 GPIO Speed 調(diào)到 Very High。4. 收發(fā)實(shí)現(xiàn)空閑中斷DMA 怎么搭才穩(wěn)4.1 接收不定長(zhǎng)數(shù)據(jù)的兩種姿勢(shì)空閑中斷與 DMA 半滿中斷串口接收有兩種典型的實(shí)現(xiàn)方式多串口程序里需要根據(jù)每個(gè)口的數(shù)據(jù)特點(diǎn)去選。第一種是“DMA 半滿/全滿中斷”。先給 DMA 配置一個(gè)固定大小的接收緩沖區(qū)DMA 每接收一半或收滿就觸發(fā)一次中斷應(yīng)用層去緩沖區(qū)取數(shù)據(jù)。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是中斷頻率固定、實(shí)時(shí)性可控缺點(diǎn)是無(wú)法直接知道一幀數(shù)據(jù)什么時(shí)候結(jié)束應(yīng)用層要自己判斷數(shù)據(jù)邊界對(duì)不定長(zhǎng)包處理很不友好。第二種是“空閑中斷 DMA”。F091 的 UART 模塊在檢測(cè)到串口總線空閑時(shí)會(huì)置上 IDLE 標(biāo)志產(chǎn)生一次中斷。這是處理不定長(zhǎng)幀最順手的組合DMA 一直在接收等到總線空閑了空閑中斷告訴你“這一批數(shù)據(jù)到了”應(yīng)用層再?gòu)?DMA 緩沖區(qū)按實(shí)際收到的字節(jié)數(shù)取出。相比半滿中斷空閑中斷天然對(duì)應(yīng)一幀結(jié)束非常適合多個(gè)串口分別接不同協(xié)議的從設(shè)備。我在項(xiàng)目里的通用姿勢(shì)是所有數(shù)據(jù)量稍大的串口都走空閑中斷 DMA 接收DMA 緩沖區(qū)設(shè)成該串口可能出現(xiàn)的最大幀長(zhǎng)度。緩沖區(qū)長(zhǎng)度要比理論最大幀長(zhǎng)略大一點(diǎn)防止一個(gè)異常長(zhǎng)包直接寫(xiě)穿緩沖。初始化時(shí)調(diào)用HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()這個(gè) API 會(huì)同時(shí)開(kāi)啟 DMA 接收和空閑中斷一幀數(shù)據(jù)結(jié)束后進(jìn)入HAL_UARTEx_RxEventCallback()回調(diào)回調(diào)參數(shù)里的Size就是實(shí)際收到的字節(jié)數(shù)。用回調(diào)而不是在中斷里直接處理業(yè)務(wù)可以把串口邏輯和協(xié)議解析解耦。#define UART1_RX_BUF_SIZE 128 uint8_t uart1_rx_buf[UART1_RX_BUF_SIZE]; void start_uart1_rx(void) { // 這個(gè)調(diào)用同時(shí)打開(kāi) DMA 和空閑中斷收到一幀后回調(diào) HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(huart1, uart1_rx_buf, UART1_RX_BUF_SIZE); __HAL_DMA_DISABLE_IT(hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT); // 關(guān)閉半傳輸中斷只關(guān)心滿幀和空閑 }說(shuō)明一下這幾行的用意HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()是啟動(dòng)接收的關(guān)鍵一次性完成 DMA 通道、接收緩沖和空閑中斷的綁定關(guān)閉半傳輸中斷是為了減少無(wú)謂的上下文切換因?yàn)槎啻趫?chǎng)景下 CPU 時(shí)間很寶貴。如果你需要處理超長(zhǎng)數(shù)據(jù)流可以保留半中斷在兩個(gè)緩沖區(qū)之間交替但大部分設(shè)備通信場(chǎng)景都用不上。4.2 環(huán)形緩沖區(qū)與最小協(xié)議解析代碼空閑中斷雖然能分辨一幀結(jié)束但如果主循環(huán)來(lái)不及處理回調(diào)里積累的數(shù)據(jù)會(huì)丟失。所以多串口程序里我堅(jiān)持引入環(huán)形緩沖區(qū)中斷回調(diào)只管把數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)環(huán)形緩沖主循環(huán)按自己的節(jié)奏讀出來(lái)做協(xié)議解析。這樣即使某個(gè)串口突然涌進(jìn)大量數(shù)據(jù)也不會(huì)立即丟幀。環(huán)形緩沖區(qū)有幾個(gè)細(xì)節(jié)必須注意緩沖區(qū)大小必須是 2 的 N 次方這樣取模運(yùn)算可以優(yōu)化成位與省掉除法讀寫(xiě)索引要定義成volatile避免中斷和主循環(huán)之間的緩存一致性問(wèn)題只允許一個(gè)生產(chǎn)者一個(gè)消費(fèi)者時(shí)不用加鎖但生產(chǎn)者和消費(fèi)者各自只修改自己的索引。#define RBUF_SIZE 256 typedef struct { uint8_t buf[RBUF_SIZE]; volatile uint16_t head; // 寫(xiě)索引中斷回調(diào)里更新 volatile uint16_t tail; // 讀索引主循環(huán)里更新 } ring_buf_t; uint16_t rbuf_used(ring_buf_t *rb) { return (uint16_t)(rb-head - rb-tail); } uint8_t rbuf_pop(ring_buf_t *rb, uint8_t *out) { if (rb-tail rb-head) { return 0; } *out rb-buf[rb-tail]; rb-tail (uint16_t)((rb-tail 1) (RBUF_SIZE - 1)); return 1; }這個(gè)實(shí)現(xiàn)里head和tail都用uint16_t并且讓它們自由計(jì)數(shù)、不歸零。讀取后索引只做遞增用 (RBUF_SIZE - 1)完成折返。判斷緩沖區(qū)空不空只需要比較兩個(gè)索引是否相等。這種寫(xiě)法避免了“讀寫(xiě)索引在同一時(shí)刻被兩邊修改”帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)是嵌入式里最常見(jiàn)的無(wú)鎖單生產(chǎn)者消費(fèi)者模型。有了緩沖協(xié)議解析就可以完全搬到主循環(huán)。拿最常見(jiàn)的“幀頭 長(zhǎng)度 數(shù)據(jù) 校驗(yàn)”格式舉例解析代碼是一個(gè)簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)typedef enum { PARSE_WAIT_HEAD, PARSE_WAIT_LEN, PARSE_WAIT_DATA, PARSE_WAIT_CRC, } parse_state_t; parse_state_t parse_state PARSE_WAIT_HEAD; uint8_t frame_data[64]; uint16_t frame_index 0; uint16_t frame_len 0; void parse_byte(uint8_t byte) { switch (parse_state) { case PARSE_WAIT_HEAD: if (byte 0xAA) { parse_state PARSE_WAIT_LEN; } break; case PARSE_WAIT_LEN: frame_len byte; frame_index 0; parse_state PARSE_WAIT_DATA; break; case PARSE_WAIT_DATA: frame_data[frame_index] byte; if (frame_index frame_len) { parse_state PARSE_WAIT_CRC; } break; case PARSE_WAIT_CRC: // 校驗(yàn)字節(jié)比對(duì)在這里做匹配成功則上傳完整幀給業(yè)務(wù)層 parse_state PARSE_WAIT_HEAD; break; default: parse_state PARSE_WAIT_HEAD; break; } }狀態(tài)機(jī)的價(jià)值在于每個(gè)串口的協(xié)議解析互不干擾每個(gè)串口維護(hù)自己的parse_state主循環(huán)可以輪流喂給 8 個(gè)解析器。多串口項(xiàng)目里不要寫(xiě)“一個(gè)中斷里把協(xié)議全解完”的結(jié)構(gòu)那會(huì)讓優(yōu)先級(jí)高的串口搶占大量 CPU 時(shí)間其它串口的緩沖很快溢出。5. 多串口程序避坑清單4 個(gè)讓開(kāi)發(fā)者翻車的真實(shí)場(chǎng)景5.1 波特率誤差為什么自己打印正常對(duì)端全是亂碼現(xiàn)象板子通過(guò)串口連電腦串口助手自發(fā)自收完全正常連到某個(gè)定位模塊或工業(yè)儀表上數(shù)據(jù)就開(kāi)始出現(xiàn)概率性亂碼有時(shí)候重啟一下又好一陣子。原因自發(fā)自收是同一個(gè)芯片的同一個(gè)串口時(shí)鐘誤差再大兩邊也是“同源偏差”互相能容忍而對(duì)端設(shè)備用的是自己的晶振時(shí)鐘兩邊頻率誤差疊加后超過(guò)了 UART 接收端容忍的閾值。最典型的誘因是外部晶振頻率不是按串口時(shí)鐘最優(yōu)值選的或者 APB 分頻器設(shè)置讓串口時(shí)鐘變成了一個(gè)尷尬的值。解決先查時(shí)鐘樹(shù)。用 CubeMX 的 Clock Configuration把串口時(shí)鐘統(tǒng)一到 48MHz確認(rèn) APB 分頻是 /1。然后按“串口時(shí)鐘 / 波特率”逐口手算 BRR 取整誤差誤差超過(guò) 0.5% 的串口優(yōu)先換波特率或換時(shí)鐘源而不是調(diào)接受端的采樣點(diǎn)。如果你用的是無(wú)源晶振而不是有源晶振還要考慮晶振負(fù)載電容是否匹配頻率偏了 30ppm 不算事偏到 0.1% 就足以在長(zhǎng)幀場(chǎng)景下產(chǎn)生誤碼。這一條是典型“看著代碼沒(méi)問(wèn)題、實(shí)際玄學(xué)”的坑先懷疑時(shí)鐘再懷疑線材。5.2 DMA 通道被占新串口一開(kāi)老串口就不動(dòng)了現(xiàn)象串口 1 的 DMA 收發(fā)一直跑得很好后來(lái)在 CubeMX 里新增了串口 4 并給它配了 DMA 接收編譯燒錄后串口 1 的接收數(shù)據(jù)全部停止DMA 好像失效了。原因F091 的 DMA 請(qǐng)求映射并不是所有串口都能獨(dú)占通道兩個(gè)串口的 RX 請(qǐng)求可能映射到同一個(gè) DMA 通道或者新增串口使能時(shí)把已有通道的配置覆蓋掉了。CubeMX 在圖形界面里不會(huì)主動(dòng)告訴你“該通道已被占用”只有查參考手冊(cè)的 DMA 請(qǐng)求映射表才能發(fā)現(xiàn)沖突。解決打開(kāi)參考手冊(cè)的 DMA 請(qǐng)求映射表把已使用的每個(gè)串口的 DMA 請(qǐng)求和通道號(hào)列成一張核對(duì)表確保通道不重疊。通道沖突時(shí)優(yōu)先讓高速串口保留 DMA 通道低速串口改用中斷接收。如果你發(fā)現(xiàn)某個(gè)串口必須 DMA、又實(shí)在沒(méi)有空閑通道只能調(diào)整引腳復(fù)用或者換用其它具備 DMA 能力的外設(shè)組合而不是硬塞。每次在 CubeMX 里改完配置后重新生成代碼時(shí)我會(huì)順手看一眼生成的dma.c和stm32f0xx_hal_msp.c確認(rèn)新通道配置沒(méi)有覆蓋舊通道。5.3 中斷優(yōu)先級(jí)全拉滿主循環(huán)卡死與系統(tǒng)響應(yīng)失靈現(xiàn)象多個(gè)串口同時(shí)以較高頻率收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)主循環(huán)里的輪詢?nèi)蝿?wù)明顯變慢再極端一些喂狗不及時(shí)導(dǎo)致復(fù)位或者按鍵響應(yīng)延遲好幾秒。調(diào)試一看中斷一直在進(jìn)來(lái)主循環(huán)根本沒(méi)機(jī)會(huì)跑。原因把 8 個(gè)串口的中斷優(yōu)先級(jí)全部設(shè)成最高任何一個(gè)字節(jié)到達(dá)都會(huì)立即搶占主流程。M0 的中斷響應(yīng)雖然快但頻繁切換上下文累積起來(lái)就是巨大的 CPU 開(kāi)銷。數(shù)據(jù)量大的串口沖擊下主循環(huán)的優(yōu)先級(jí)被徹底邊緣化。解決回歸到第 2 章的分配表給每個(gè)串口按重要性設(shè)置搶占優(yōu)先級(jí)?？刂奇溌酚米罡邇?yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)采集用中等優(yōu)先級(jí)日志串口必須給最低優(yōu)先級(jí)。NVIC 里搶占優(yōu)先級(jí)數(shù)值越小優(yōu)先級(jí)越高日志口設(shè)成一個(gè)較大的數(shù)值比如 10 以上再配合日志開(kāi)關(guān)宏發(fā)布版本直接關(guān)閉日志串口中斷。這里還有一個(gè)容易忽略的點(diǎn)DMA 接收完成中斷和空閑中斷不要全擠在同一檔位給 DMA 完成留一個(gè)稍高的優(yōu)先級(jí)否則大幀接收過(guò)程中如果被更高優(yōu)先級(jí)串口反復(fù)打斷DMA 配置可能被卸載重載。5.4 空閑中斷誤觸發(fā)一幀數(shù)據(jù)被硬生生拆成兩段現(xiàn)象某個(gè)串口接收不定長(zhǎng)幀數(shù)據(jù)量一多協(xié)議層偶爾報(bào)“幀頭丟失”或者“長(zhǎng)度不對(duì)”。抓日志發(fā)現(xiàn)一個(gè)完整的 64 字節(jié)幀有時(shí)被拆成 30 字節(jié)和 34 字節(jié)兩段分別觸發(fā)了兩次空閑中斷。原因空閑中斷的判定標(biāo)準(zhǔn)是串口線路上超過(guò)一個(gè)字節(jié)時(shí)間沒(méi)有電平翻轉(zhuǎn)。如果發(fā)送方在兩段數(shù)據(jù)之間插入了一個(gè)稍長(zhǎng)的間隔比如對(duì)端設(shè)備分兩次寫(xiě)入串口中間間隔了幾毫秒接收端就會(huì)認(rèn)為上一幀結(jié)束置位 IDLE。解決不要在空閑中斷回調(diào)里立刻按“一整幀”處理而是把數(shù)據(jù)先送進(jìn)環(huán)形緩沖區(qū)由協(xié)議狀態(tài)機(jī)負(fù)責(zé)拼幀。狀態(tài)機(jī)只認(rèn)幀頭、幀長(zhǎng)和校驗(yàn)不依賴空閑中斷來(lái)切幀邊界同時(shí)加一個(gè)超時(shí)計(jì)數(shù)器比如累計(jì) 50ms 沒(méi)有新數(shù)據(jù)到達(dá)才認(rèn)為當(dāng)前幀結(jié)束。這樣即使 IDLE 誤觸發(fā)數(shù)據(jù)也不會(huì)丟只是多一次回調(diào)拼幀結(jié)果仍正確。另外排查一下對(duì)端設(shè)備的發(fā)送邏輯是否會(huì)在幀中間做延遲很多第三方模塊的固件會(huì)在指令和應(yīng)答之間人為穿插延遲。6. 驗(yàn)證穩(wěn)定性與進(jìn)階用回環(huán)壓測(cè)和多級(jí)日志守住最后一公里6.1 串口回環(huán)壓力測(cè)試讓每個(gè)口都自發(fā)自收跑一個(gè)晚上多串口程序最怕的不是功能寫(xiě)不完而是功能寫(xiě)完了卻不敢保證穩(wěn)定性。我的驗(yàn)證習(xí)慣是一塊測(cè)試板、一根短接線把每個(gè)串口的 TX 和 RX 外部短接然后讓每個(gè)串口自發(fā)自收跑一整晚統(tǒng)計(jì)誤碼和丟幀。void uart_loopback_test(UART_HandleTypeDef *huart, uint32_t count) { uint8_t tx 0x00; uint8_t rx 0x00; uint32_t error_cnt 0; for (uint32_t i 0; i count; i) { tx (uint8_t)(i 0xFF); HAL_UART_Transmit(huart, tx, 1, 100); HAL_UART_Receive(huart, rx, 1, 100); if (tx ! rx) { error_cnt; } } // error_cnt 大于 0 時(shí)把結(jié)果和串口編號(hào)上報(bào)到日志口 }這段回環(huán)邏輯的意義不在于多復(fù)雜而在于能用最小的代碼量持續(xù)壓測(cè)每個(gè)串口的物理鏈路和驅(qū)動(dòng)配置。測(cè)試時(shí)注意幾件事所有串口同時(shí)跑不要一個(gè)個(gè)測(cè)否則并發(fā)下的中斷沖突和 DMA 競(jìng)爭(zhēng)測(cè)不出來(lái)測(cè)試期間日志串口保持打開(kāi)方便觀察哪個(gè)口的 error_cnt 在增長(zhǎng)連續(xù)跑 8 小時(shí)以上才有說(shuō)服力偶發(fā)的誤碼往往出現(xiàn)在溫度變化或電壓波動(dòng)的時(shí)候。6.2 從多串口裸機(jī)到可維護(hù)系統(tǒng)協(xié)議狀態(tài)機(jī)與低功耗喚醒回環(huán)壓測(cè)通過(guò)后多串口程序才算真正落地。接下來(lái)我一般會(huì)再做兩件提升可維護(hù)性的事第一把每個(gè)串口的協(xié)議解析統(tǒng)一成第 4 章那類狀態(tài)機(jī)避免不同串口用不同風(fēng)格的處理邏輯第二預(yù)留一個(gè)固定日志串口用分級(jí)日志輸出框架運(yùn)行時(shí)能單獨(dú)打開(kāi)某個(gè)串口的調(diào)試信息。F091 的資源注定它跑不了復(fù)雜的調(diào)度系統(tǒng)但一套清晰的驅(qū)動(dòng)分層能讓后續(xù)維護(hù)的人少流很多汗。特別提醒一下低功耗場(chǎng)景如果項(xiàng)目要求休眠時(shí)靠串口喚醒F091 的串口喚醒能力需要把對(duì)應(yīng)引腳配置成中斷喚醒源同時(shí)注意 DMA 在低功耗模式下是否關(guān)閉。這類需求通常只保留一個(gè)監(jiān)聽(tīng)串口把其它串口在休眠前全部去使能才能把功耗壓下去。我自己吃了不少多串口程序的虧后來(lái)養(yǎng)成了一個(gè)習(xí)慣無(wú)論芯片資源多緊張都要先做一張串口分配表再動(dòng)代碼。表里標(biāo)清楚 8 個(gè)口的用途、工作模式、優(yōu)先級(jí)和波特率后面所有配置、代碼、排錯(cuò)都以這張表為準(zhǔn)。這個(gè)習(xí)慣幫我避開(kāi)了絕大多數(shù)“功能全寫(xiě)完才發(fā)現(xiàn)通道沖突”的血淚場(chǎng)景。希望幫到你。本文還有配套的精品資源點(diǎn)擊獲取