串口接收不定长数据的几种方法

        串口作为单片机开发的一个常用的外设，应用范围非常广。大部分时候，串口需要接收处理的数据长度是不定的。那么怎么才能判断一帧数据是否结束呢，今天就以STM32单片机为例，介绍几种接收不定长数据的方法。

        首先，我们需要打开一个串口，使用STM32CubeMx来配置，如下：

        然后打开串口中断、添加发送和接收的DMA，DMA参数设置为默认即可，如下图。（DMA可根据自身需求选择是否打开）

         配置一下时钟等，点击生成代码，这样就可以使用串口了。首先我们定义一个串口接收的结构体，并定义一个结构体变量，如下：

#define  RX_MAXLEN  200  //最大接收数据长度
 
typedef struct{
      uint8_t  RxBuf[RX_MAXLEN];//接收缓存
      uint16_t RxCnt;						//接收数据计数
      uint16_t RxLen;						//接收数据长度
      uint8_t RxStart;					//开始接收标志
      uint8_t RxFlag;						//一帧数据接收完成标志
}Uart_Tpye_t;
 
Uart_Tpye_t Uart1;

        下面介绍几种接收数据的方法：

1.空闲中断

        空闲中断可以配合接收中断或DMA来使用。

        当使用DMA+空闲中断时，需要在初始化完成后手动打开空闲中断和DMA接收。

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);//打开串口空闲中断 
HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, Uart1.RxBuf, RX_MAXLEN); //串口DMA接收数据

        编写空闲中断函数，如下：

//串口空闲中断
void UART_IDLECallBack(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    uint32_t temp;  
  /*uart1 idle processing function*/
    if(huart == &huart1)
    {
      if((__HAL_UART_GET_FLAG(huart,UART_FLAG_IDLE) != RESET))  
      {
        __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位
        /*your own code*/
        HAL_UART_DMAStop(&huart1);//停止DMA
        Uart1.RxLen = RX_MAXLEN - __HAL_DMA_GET_COUNTER(&hdma_usart1_rx);// 获取DMA中传输的数据个数
        Uart1.RxFlag = 1;
        HAL_UART_Receive_DMA(&huart1,Uart1.RxBuf,RX_MAXLEN); //开启下次接收
      }
    }
}

        在主程序中判断接收完成标志，并处理数据：

if(Uart1.RxFlag == 1)//接收完一帧数据
{
	printf("Rev %d Bytes\r\n",Uart1.RxLen);
	Uart1.RxFlag = 0;
}

        最后，别忘了在串口中断函数中调用自己编写的空闲中断函数。

        运行程序测试，结果如下：

        使用接收中断+空闲中断与DMA类似，只不过需要打开接收中断：

__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart1,UART_IT_IDLE);//打开串口空闲中断  
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中断接收数据

        编写接收中断回调函数，每次接收一个字节：

uint8_t RevByte;
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{    
  if(huart->Instance==USART1)
  {
    Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]=RevByte;
    Uart1.RxCnt++;
    if(Uart1.RxCnt==RX_MAXLEN)
    {
      Uart1.RxCnt = RX_MAXLEN-1;
    }
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中断接收数据
  }
}

        编写空闲中断回调函数，与DMA的方式类似，只是数据长度判断方式不一样：

//串口空闲中断
void UART_IDLECallBack(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  uint32_t temp;  
  /*uart1 idle processing function*/
  if(huart == &huart1)
  {
    if((__HAL_UART_GET_FLAG(huart,UART_FLAG_IDLE) != RESET))  
    {
      __HAL_UART_CLEAR_IDLEFLAG(&huart1);//清除标志位
      Uart1.RxFlag = 1;
      Uart1.RxLen = Uart1.RxCnt;
      Uart1.RxCnt = 0;
    }
  }
}

        同样，在主程序中判断一帧数据的接收完成并处理。

2.特点协议判断帧头帧尾及长度

        有时候我们需要自己定义协议传输数据，这时候就可以在通讯协议里添加特点的帧头帧尾以及数据长度字节，通过判断这些字节来判断数据的开始和结束。假设定义一个简单的传输协议如下：

        可以使用中断方式接收数据：

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中断接收数据

        接收中断函数如下：

//串口接收中断回调函数
uint8_t RevByte;
uint16_t RevTick = 0;
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  static uint16_t Rx_len;
 
  if(huart->Instance==USART1)
  {
    Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]=RevByte;
    switch(Uart1.RxCnt)
    {
      case 0:
        if(Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt] == 0x5A)//帧头1正确
          Uart1.RxCnt++;
        else
          Uart1.RxCnt = 0;
        break;
      case 1:
        if(Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt] == 0xA5)//帧头2正确
          Uart1.RxCnt++;
        else
          Uart1.RxCnt = 0;
        break;
      case 2:
        Rx_len = Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt];
        Uart1.RxCnt++;
        break;
      default:
        Uart1.RxCnt++;
        if((Rx_len+3) == Uart1.RxCnt)//数据接收完成
        {
          Uart1.RxFlag = 1;
          Uart1.RxLen = Uart1.RxCnt;
          Uart1.RxCnt = 0;
        }
        break;
    }
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中断接收数据
	}
}

        同样，在主程序中判断一帧数据的接收完成并处理，运行测试结果如下：

3.超时判断

        超时判断其实与空闲中断的原理类似，只不过是通过定时器来取代空闲中断来判断一帧数据的结束，一般采样接收中断+超时判断的方式。之前的文章Freemodbus移植就是采样这种方式。

        超时判断的时间跟波特率有关，假设串口起始位和结束位各1位，那么接收一个字节就需要8+2=10位，在9600波特率下，一秒钟就能接收9600/10=960字节。也就是一个字节需要1.04ms，那么超时时间最小可以设置为1.5倍的单字节接收时间，或者更长。

        超时判断可以使用硬件定时器或软件定时器来实现。硬件定时器的方式可以参考之前的Freemodbus移植部分的程序。软件定时器定义一个计时变量，该变量在systick中断中+1实现计时，可以节省硬件资源，但计时最小分辨率跟systick中断有关。

        编写中断接收函数：

//串口接收中断回调函数
uint8_t RevByte;
uint16_t RevTick = 0;
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
  if(huart->Instance==USART1)
  {
    Uart1.RxBuf[Uart1.RxCnt]=RevByte;
    Uart1.RxCnt++;
    Uart1.RxStart = 1;//开始接收标志
    RevTick = 0;//计时清零
    if(Uart1.RxCnt==RX_MAXLEN)
    {
      Uart1.RxCnt = RX_MAXLEN-1;
    }
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中断接收数据
  }
}

        编写超时判断函数，在Systick中断中调用：

//串口接收超时判断，该函数在Systick中断（1ms中断一次）中调用
void UartTimeOut()
{
  if(Uart1.RxStart == 1)
  {
    RevTick++;
    if(RevTick > 2)
    {
      Uart1.RxLen = Uart1.RxCnt;
      Uart1.RxCnt = 0;
      Uart1.RxStart = 0;
      Uart1.RxFlag = 1;
    }
  }
}

        使用时只要打开接收中断即可，不再需要空闲中断。

HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &RevByte, 1); //串口中断接收数据

        同样，在主程序中判断一帧数据的接收完成并处理。测试结果就不贴了。

4.总结

        上面几种方式都可以实现串口接收不定长数据，各有优缺点，可根据实际需求选择用哪种。需要注意的是，上面的例程只是简单地接收数据，实际应用中，还需要考虑连续接收多帧数据的情况，是缓存之后处理，还是舍弃后面的数据，都需要自己写程序实现。