前言

大家好，这里是 Hello_Embed。前面我们通过 “中断 + 环形缓冲区” 解决了 UART 数据丢失问题，但无论是查询还是中断方式，数据在内存与寄存器之间的搬运都需要 CPU 参与，在高速或大数据量场景下仍会占用过多资源。本篇将介绍DMA 方式—— 让 DMA（直接存储器访问）硬件替 CPU 完成数据搬运，彻底解放 CPU，专注于更复杂的任务。本文先聚焦 DMA 发送，下一篇结合 IDLE 中断讲解 DMA 接收的完整方案。

一、DMA 核心原理：为什么能解放 CPU？

DMA（Direct Memory Access）是一种硬件机制，允许外设（如 UART）与内存直接交换数据，无需 CPU 介入。对比查询 / 中断方式，DMA 的优势一目了然：

1. 传统方式（查询 / 中断）的瓶颈

UART 发送流程：
CPU从内存读数据 → 写入TDR寄存器 → 等待TDR空 → 重复上述步骤

• 每发送 1 字节，CPU 都要参与 “读内存→写寄存器” 的搬运，频繁占用 CPU 资源；
• 即使是中断方式，每发送 1 字节仍会触发一次中断（除最后 1 字节），中断处理仍消耗资源。

2. DMA 方式的革新

UART DMA 发送流程：
CPU启动DMA → DMA自动从内存读数据→写入TDR → 完成后触发一次中断通知CPU

• CPU 只需启动 DMA 传输，后续数据搬运由 DMA 硬件自动完成；
• 无论发送 100 还是 1000 字节，CPU 仅在全部发送完成后处理一次中断，资源占用极低。

二、UART DMA 发送的三要素

DMA 传输需明确 “源、目的地、长度” 三个核心参数，以 UART 发送为例：

要素	具体内容
数据来源	内存中的发送缓冲区（如tx_buf[1000]），地址随传输递增（每次发送 1 字节后地址 + 1）
目的地	UART 的 TDR 寄存器（发送数据寄存器），地址固定（硬件地址，如 USART1 的 TDR 地址）
数据长度	需发送的总字节数（如 1000 字节），DMA 会自动计数，传输完成后停止

三、CubeMX 配置：启用 UART DMA 发送

在之前工程的基础上，只需添加 DMA 配置，步骤如下：

1. 进入 USART1 的 DMA 设置：
   打开 “Connectivity→USART1→DMA Settings”，点击 “Add” 添加发送 DMA：

   • Direction：Memory To Peripheral（内存到外设，符合发送方向）；
   • Mode：Normal（正常模式，发送完指定长度后停止，区别于循环模式）；
   • Priority：Low（中等优先级，可根据需求调整）；
     配置后如图：
     

2. 确认 NVIC 中断配置：
   进入 “NVIC Settings”，确保 USART1 和 DMA 中断已使能（默认生成，无需额外修改）：
   

3. 生成代码：
   配置完成后生成工程，CubeMX 会自动添加 DMA 相关初始化代码（如MX_DMA_Init）。

四、DMA 发送的核心函数与流程

HAL 库中 UART DMA 发送的核心函数与回调如下，使用方式与中断方式高度兼容：

功能	函数 / 回调	作用
启动 DMA 发送	HAL_UART_Transmit_DMA	配置 DMA 参数并启动传输，CPU 立即返回
发送一半回调	HAL_UART_TxHalfCpltCallback	传输完成一半数据时触发（可选，如 1000 字节发送 500 字节时）
发送完成回调	HAL_UART_TxCpltCallback	全部数据发送完成后触发，通知 CPU

1. 启动 DMA 发送：HAL_UART_Transmit_DMA

函数参数与中断发送函数一致，示例：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, const uint8_t *pData, uint16_t Size)

• *huart：UART 句柄（如&huart1）；
• *pData：发送缓冲区地址（如字符串首地址）；
• Size：发送字节数（如strlen(str1)）。

2. DMA 发送的底层流程

启动后，DMA 硬件自动执行以下步骤，无需 CPU 干预：

1. DMA 从内存pData读取 1 字节，写入 UART 的 TDR 寄存器；
2. TDR 将数据转移到移位寄存器发送后，触发 “DMA 请求”；
3. DMA 响应请求，地址递增（pData+1），长度减 1，重复步骤 1；
4. 当长度减为 0（全部发送完成），DMA 触发 “传输完成中断”，调用HAL_UART_TxCpltCallback。

3. 复用回调函数：与中断方式兼容

DMA 发送完成后，最终会调用HAL_UART_TxCpltCallback（与中断方式的发送完成回调相同）。我们在之前的笔记中已重定义该函数，设置了g_tx_cplt标志，因此可直接复用：

// 在usart.c中已定义的发送完成回调（无需修改）
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)
        g_tx_cplt = 1;  // 置位发送完成标志
}

// 等待发送完成的函数（同样复用）
void Wait_Tx_Complete(void)
{
    while (g_tx_cplt == 0);  // 等待标志置位
    g_tx_cplt = 0;           // 复位标志
}

五、代码实现：DMA 发送 + 中断接收（缓冲区）

结合上一篇的 “中断接收 + 环形缓冲区”，只需将发送部分改为 DMA 方式，即可实现高效收发。

1. main 函数核心代码

/* USER CODE BEGIN PV */
// 声明外部函数：启动接收中断、等待发送完成、读取缓冲区数据
extern void StartUART1Recv(void);
extern void Wait_Tx_Complete(void);
extern int UART1GetChar(uint8_t *pVal);
/* USER CODE END PV */

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 1. 启动UART1接收（中断+环形缓冲区，沿用前一篇方案）
StartUART1Recv();

// 2. 定义发送的提示信息和接收变量
char *str1 = "Please enter a char : \r\n";
uint8_t c;  // 存储从缓冲区读取的字节
/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop */
while (1)
{
    /* USER CODE BEGIN 3 */
    // 步骤1：用DMA发送提示信息（仅启动DMA，CPU不等待）
    HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)str1, strlen(str1));
    
    // 步骤2：等待DMA发送完成（可选，根据需求决定是否等待）
    Wait_Tx_Complete();
    
    // 步骤3：从环形缓冲区读取数据（沿用中断接收方案）
    while (0 != UART1GetChar(&c));  // 等待读取到数据
    
    // 步骤4：数据加1后返回（简单起见用查询方式发送）
    c += 1;
    HAL_UART_Transmit(&huart1, &c, 1, 1000);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"\r\n", 2, 1000);
}

2. 实验结果：DMA 发送高效可靠

烧录程序后，用串口工具发送 “12345” 和 “a”，单片机正确返回 “23456” 和 “b”：

关键优势：相比中断发送，DMA 方式在发送大数据时（如 1000 字节），不会频繁触发中断，CPU 可在传输期间处理其他任务（如 LCD 显示、传感器读取）。

六、DMA 接收的挑战与后续

DMA 发送简单易用，但 DMA 接收存在一个核心问题：需要预先知道接收数据的长度（配置 DMA 时需指定Size）。而实际场景中，电脑发送的数据长度往往是不确定的（如用户随机输入），直接使用 DMA 接收会因长度不匹配导致数据丢失或错误。
解决这一问题的方案是 “DMA 接收 + IDLE 中断”：用 DMA 持续接收数据，当检测到 “空闲状态”（一段时间无数据）时，触发 IDLE 中断，通知 CPU 读取已接收的数据。这将是下一篇笔记的核心内容。

结尾

本文介绍了 UART DMA 发送的原理、配置和代码实现，通过 DMA 硬件自动搬运数据，大幅降低了 CPU 的资源占用，适合高速或大数据量发送场景。下一篇我们将结合 IDLE 中断，彻底解决 DMA 接收的 “长度不确定” 问题，实现高效可靠的全双工通信。
Hello_Embed 继续带你深入 UART 的高级应用，敬请期待～