STM32 MCU - 增加 UART 接口应用时的异常分析

judy 发布于：周四, 06/29/2017 - 17:50 ，关键词：

前言：Cube 软件包的提供，极大的降低了开发难度。使用者在开发的过程中，只需参考 Cube 包中提供的例
程就能快速的实现对应功能开发。开发者为了快速开发 UART 功能，参考 Cube 包中的 UART 例程，
并根据应用情况，扩展了另一组 UART 接口。但是在应用过程中，发现两路 UART 不能共存。本文分
析了这种情况出现的原因。

背景介绍

在 Cube 软件包中 CDC 例程实现了虚拟串口通信功能，数据传输链路如下图所示。

在开发者的应用中，需要实现下图数据传输链路。根据应用需求，推荐参考 Cube 软件包中的 USB
CDC 例程。

问题描述

问题复现平台： STM324xG-Eval
例程路径：
STM32Cube_FW_F4_V1.15.0\Projects\STM324xG_EVAL\Applications\USB_Device\CDC_Standalon
e
在对 CDC 例程了解后，参考已有的 UART 应用，新增了一路 UART。对应初始化程序如下所示。其中
USARTx 为例程原有部分，而 USARTy 为新增的一路 UART 初始化部分。

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
 static DMA_HandleTypeDef hdma_tx;
 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

 if(huart->Instance == USARTx )
 {
 /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks ####################*/
 /* Enable GPIO clock */
 USARTx_TX_GPIO_CLK_ENABLE();
 USARTx_RX_GPIO_CLK_ENABLE();
 /* Enable USARTx clock */
 USARTx_CLK_ENABLE();
 /* Enable DMAx clock */
 DMAx_CLK_ENABLE();

 /*##-2- Configure peripheral GPIO #############################*/
 /* UART TX GPIO pin configuration */
 GPIO_InitStruct.Pin = USARTx_TX_PIN;
 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FAST;
 GPIO_InitStruct.Alternate = USARTx_TX_AF;

 HAL_GPIO_Init(USARTx_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

 /* UART RX GPIO pin configuration */
 GPIO_InitStruct.Pin = USARTx_RX_PIN;
 GPIO_InitStruct.Alternate = USARTx_RX_AF;

 HAL_GPIO_Init(USARTx_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

 /*##-3- Configure the NVIC for UART ###########################*/
 HAL_NVIC_SetPriority(USARTx_IRQn, 5, 0);
 HAL_NVIC_EnableIRQ(USARTx_IRQn);

 /*##-4- Configure the DMA streams #############################*/
 /* Configure the DMA handler for Transmission process */
 hdma_tx.Instance = USARTx_TX_DMA_STREAM;

 hdma_tx.Init.Channel = USARTx_TX_DMA_CHANNEL;
 hdma_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
 hdma_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
 hdma_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
 hdma_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
 hdma_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
 hdma_tx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
 hdma_tx.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;
 hdma_tx.Init.MemBurst = DMA_MBURST_INC4;
 hdma_tx.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_INC4;

 HAL_DMA_Init(&hdma_tx);

 /* Associate the initialized DMA handle to the UART handle */
 __HAL_LINKDMA(huart, hdmatx, hdma_tx);

 /*##-5- Configure the NVIC for DMA ############################*/
 /* NVIC configuration for DMA transfer complete interrupt (USARTx_TX) */
 HAL_NVIC_SetPriority(USARTx_DMA_TX_IRQn, 6, 0);
 HAL_NVIC_EnableIRQ(USARTx_DMA_TX_IRQn);

 }
 if(huart->Instance == USARTy )
 {
 /*##-1- Enable peripherals and GPIO Clocks ####################*/
 /* Enable GPIO clock */
 USARTy_TX_GPIO_CLK_ENABLE();
 USARTy_RX_GPIO_CLK_ENABLE();
 /* Enable USARTx clock */
 USARTy_CLK_ENABLE();
 /* Enable DMAx clock */
 DMAy_CLK_ENABLE();

 /*##-2- Configure peripheral GPIO #############################*/
 /* UART TX GPIO pin configuration */
 GPIO_InitStruct.Pin = USARTy_TX_PIN;
 GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
 GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FAST;
 GPIO_InitStruct.Alternate = USARTy_TX_AF;

 HAL_GPIO_Init(USARTy_TX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

 /* UART RX GPIO pin configuration */
 GPIO_InitStruct.Pin = USARTy_RX_PIN;
 GPIO_InitStruct.Alternate = USARTy_RX_AF;

 HAL_GPIO_Init(USARTy_RX_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

 /*##-3- Configure the NVIC for UART ###########################*/
 HAL_NVIC_SetPriority(USARTy_IRQn, 7, 0);
 HAL_NVIC_EnableIRQ(USARTy_IRQn);

 /*##-4- Configure the DMA streams #############################*/

 /* Configure the DMA handler for Transmission process */
 hdma_tx.Instance = USARTy_TX_DMA_STREAM;

 hdma_tx.Init.Channel = USARTy_TX_DMA_CHANNEL;
 hdma_tx.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
 hdma_tx.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
 hdma_tx.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
 hdma_tx.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx.Init.Mode = DMA_NORMAL;
 hdma_tx.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
 hdma_tx.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
 hdma_tx.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;
 hdma_tx.Init.MemBurst = DMA_MBURST_INC4;
 hdma_tx.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_INC4;

 HAL_DMA_Init(&hdma_tx);

 /* Associate the initialized DMA handle to the UART handle */
 __HAL_LINKDMA(huart, hdmatx, hdma_tx);

 /*##-5- Configure the NVIC for DMA ############################*/
 /* NVIC configuration for DMA transfer complete interrupt (USARTx_TX) */
 HAL_NVIC_SetPriority(USARTy_DMA_TX_IRQn, 8, 0);
 HAL_NVIC_EnableIRQ(USARTy_DMA_TX_IRQn);
 }
 …

在之前的 UART 发送和接收处，同样新增了一路 UART 的发送和接收。为了方便描述，这里不对应用
层面进行描述。而是直接在例程中，时钟配置后执行下述语句，复现问题。

#ifdef USART_X_INIT_ENABLE
 UartHandle.Instance = USARTx;
 …
 if(HAL_UART_Init(&UartHandle) != HAL_OK)
 …
 if(HAL_UART_Receive_IT(&UartHandle, (uint8_t *)UserTxBuffer, 1) != HAL_OK)
 …
#endif // USART_X_INIT_ENABLE
#ifdef USART_Y_INIT_ENABLE
 UartHandley.Instance = USARTy;
 …
 if(HAL_UART_Init(&UartHandley) != HAL_OK)
 …
 if(HAL_UART_Receive_IT(&UartHandley, (uint8_t *)UserTxBuffer, 1) != HAL_OK)
 …
#endif //USART_Y_INIT_ENABLE
while(1)
{
#ifdef USART_X_ENABLE
 HAL_UART_Transmit_DMA(&UartHandle, “UARTx Test”, 11);
#endif //USART_X_ENABLE
#ifdef USART_Y_ENABLE
 HAL_UART_Transmit_DMA(&UartHandley,”UARTy Test”, 11);
#endif // USART_Y_ENABLE
 HAL_Delay(100);
}

结果如下表。

问题分析

不同 UART 接口相互独立。UART IP 设计上，不同 UART 同时发送不会相互影响。初步判断应该是
UART 初始化过程中，存在冲突。
通过对结果分析，在 UARTx 和 UARTy 都进行初始化后，只执行 UARTx DMA 发送时，执行异常；只
执行 UARTy DMA 发送时，执行正常。而在初始化中，UARTx 先于 UARTy 初始化，进一步确认是初
始化时，存在冲突。并且将问题范围缩小到 HAL_UART_MspInit()函数中。
在线调试，发现在执行 UARTy 初始化时（UARTx 已经在之前初始化结束），UARTx 发送 DMA 对应
的 Instant 和 Channel 值都被改变。其中 Instant 中保存着对应 DMA 的寄存器基地址。
仔细检查 HAL_UART_MspInit()函数，发现对于 DMA 的初试化，两个 UART 共用了例程中原有的
DMA 句柄变量，为上述程序中的 static DMA_HandleTypeDef hdma_tx;
而在 HAL_UART_Transmit_DMA 函数中，会对对应的 DMA 进行配置并使能，而配置过程会依据
DMA 句柄中的参数。从而导致发送异常。
对问题的产生原因清楚后，在新增 UART 接口的时候，初始化函数 HAL_UART_MspInit()中同样需要
新增 DMA 句柄变量，并利用在新增 UART 的 DMA 初始化中。如下所示。

void HAL_UART_MspInit(UART_HandleTypeDef *huart)
{
 static DMA_HandleTypeDef hdma_tx;
 static DMA_HandleTypeDef hdma_tx_y;
 …
 if(huart->Instance == USARTy )
 {
 …
 hdma_tx_y.Instance = USARTy_TX_DMA_STREAM;
 hdma_tx_y.Init.Channel = USARTy_TX_DMA_CHANNEL;
 hdma_tx_y.Init.Direction = DMA_MEMORY_TO_PERIPH;
 hdma_tx_y.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
 hdma_tx_y.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;
 hdma_tx_y.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx_y.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_BYTE;
 hdma_tx_y.Init.Mode = DMA_NORMAL;
 hdma_tx_y.Init.Priority = DMA_PRIORITY_LOW;
 hdma_tx_y.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;
 hdma_tx_y.Init.FIFOThreshold = DMA_FIFO_THRESHOLD_FULL;
 hdma_tx_y.Init.MemBurst = DMA_MBURST_INC4;
 hdma_tx_y.Init.PeriphBurst = DMA_PBURST_INC4;
 HAL_DMA_Init(&hdma_tx_y);
 /* Associate the initialized DMA handle to the UART handle */
 __HAL_LINKDMA(huart, hdmatx, hdma_tx_y);
…
}

总结

所描述的问题，可以归结为一个开发漏洞。而导致这个开发漏洞的原因，更多的可能是在参考 Cube 例
程时，对于各函数的了解以及变量的使用情况，没有逐个了解。建议在基于 Cube 例程进行开发时，能
够对各函数及变量等加以了解，在针对应用进行修改过程中，能够减小错误率，从而减少排错时间。

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