STM32串口工作在DMA模式下有時(shí)接收異常

前言
客戶反饋在使用STM32F205的串口工作在DMA模式時(shí)，有時(shí)能夠接收數(shù)據(jù)，有時(shí)完全沒(méi)有數(shù)據(jù)，但如果換成中斷模式來(lái)接收又能100%正常收到數(shù)據(jù)。

一 復(fù)現(xiàn)現(xiàn)象
問(wèn)題背景
與客戶溝通，客戶使用的是STM32F2標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)V1.1.0，串口波特率為1.408Mbps，不經(jīng)過(guò)串口RS232，直接連接主CPU和從MCU(STM32F205)的串口發(fā)送和接收引腳，如下圖所示：



嘗試重現(xiàn)問(wèn)題
由于客戶使用的是主從架構(gòu)，實(shí)驗(yàn)采用兩塊STM3220G-EVAL評(píng)估板來(lái)重現(xiàn)現(xiàn)象。一塊用來(lái)不間斷發(fā)送串口數(shù)據(jù)，另一塊采用串口DMA進(jìn)行接收，直接通過(guò)杜邦線連接串口PIN腳并共地，不使用評(píng)估板上的RS232收發(fā)器。接收端使用STM32F2xx_StdPeriph_Examples USARTUSART_TwoBoards的示例代碼。代碼片段如下：





USART_Config()函數(shù)如下：







按如上代碼，有如下現(xiàn)象：
1 代碼不做修改，若先啟動(dòng)接收端MCU再啟動(dòng)發(fā)送端MCU，接收端MCU的串口能正常接收。
2代碼不做修改，若先啟動(dòng)發(fā)送端MCU再啟動(dòng)接收端MCU，接收端MCU的串口100%接收異常。
3 修改發(fā)送端代碼，改為發(fā)送端MCU串口每1秒間隔發(fā)送一次，則無(wú)論啟動(dòng)順序如何，接收端MCU的串口都能正常。

二 程序分析
由上述代碼可知，程序是先在USART_Config()函數(shù)函數(shù)內(nèi)初始化串口并使能，然后再在接下來(lái)的main函數(shù)的while循環(huán)內(nèi)初始化DMA并使能。這個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)內(nèi)附帶的示例代碼，咋一看沒(méi)什么問(wèn)題，但仔細(xì)一想，針對(duì)用戶的使用場(chǎng)景，這里就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：由于用戶的主CPU有可能在從MCU啟動(dòng)之前就已經(jīng)有可能啟動(dòng)，那么在這種情況下，在初始化完串口并使能后，到DMA使能之前這段時(shí)間內(nèi)，若主CPU向從MCU發(fā)送串口數(shù)據(jù)，從MCU是否能正確接收？

從上述測(cè)試代碼的結(jié)果2可以得出，若在串口初始化并使能后到DMA使能之前有數(shù)據(jù)來(lái)，MCU是不能接收的，經(jīng)進(jìn)一步調(diào)試，發(fā)現(xiàn)此時(shí)數(shù)據(jù)寄存器USART_DR存在一個(gè)數(shù)據(jù)，且在狀態(tài)寄存器USART_SR中ORE值1，由此可知，串口的接收寄存器中已經(jīng)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)，但是后面的數(shù)據(jù)又來(lái)了，由于數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)沒(méi)有及時(shí)轉(zhuǎn)移走（此時(shí)DMA還沒(méi)有開(kāi)啟），從而導(dǎo)致后面的數(shù)據(jù)無(wú)法存入，所以產(chǎn)生了上溢錯(cuò)誤（ORE），而一旦產(chǎn)生上溢錯(cuò)誤后，就無(wú)法再觸發(fā)DAM請(qǐng)求，及時(shí)之后再啟動(dòng)DMA也不行，無(wú)法觸發(fā)DMA請(qǐng)求就無(wú)法將數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)及時(shí)轉(zhuǎn)移走，如此陷入死鎖，這就是串口無(wú)**常接收的原因。這時(shí)反觀一下代碼的結(jié)果3，這又將做如何解釋？

仔細(xì)查看測(cè)試結(jié)果3，發(fā)現(xiàn)這個(gè)發(fā)送端每1秒間隔發(fā)送一次，那么就會(huì)存在這個(gè)一個(gè)概率，這個(gè)發(fā)送的時(shí)間點(diǎn)是否剛好在接收端MCU的串口初始化并使能和DMA使能之間還是之后，這個(gè)時(shí)間窗口非常關(guān)鍵，如果剛好在時(shí)間窗，那么串口接收就不正常，如果在這個(gè)時(shí)間窗之后，串口接收就能正常。由于測(cè)試代碼采用的是1秒間隔，對(duì)于MCU來(lái)說(shuō)這個(gè)是非常大的時(shí)間長(zhǎng)度，還是很小概率能碰中這個(gè)時(shí)間窗的，因此，測(cè)試結(jié)果看起來(lái)是都能正常，實(shí)際嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，還是存在剛好碰中的可能。如果間隔時(shí)間縮短，那個(gè)碰中的幾率就增大。由此看來(lái)，這也就能解釋測(cè)試結(jié)果3了，也能解釋客戶提到的有時(shí)正常有時(shí)不正常的現(xiàn)象了。

三 問(wèn)題處理
處理有兩種方法，第一種方法是在使能DMA后，及時(shí)將數(shù)據(jù)寄存器DR中的數(shù)據(jù)清除掉，如下代碼所示：



這里是使用讀DR的方法來(lái)清除的，從參考手冊(cè)中也提到使用這種方法來(lái)清除ORE標(biāo)志：



第一種方法類似于一種糾錯(cuò)措施，下面介紹另一種推薦的方法，如下代碼所示：



如上所示，可以先使能DMA再使能串口，這樣就徹底不存在那個(gè)時(shí)間窗了，不管數(shù)據(jù)何時(shí)過(guò)來(lái)能能被DAM及時(shí)轉(zhuǎn)走。這個(gè)是推薦的解決方法。

四 結(jié)論
標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的示例代碼一般來(lái)說(shuō)只供參考，對(duì)于大部分情況來(lái)說(shuō)都是能正常工作的，但偶爾也會(huì)出現(xiàn)不適用的情況，此時(shí)更需要我們針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行思考分析，進(jìn)一步找到原因才能解決問(wèn)題。對(duì)于串口使用DMA來(lái)接收的情況，這里建議一定要先使能DMA，最后使能串口，這樣就能避免類似問(wèn)題出現(xiàn)了。