企业官网建设流程全解析

正常串口尝试发送字符串

在开始 printf 重定向之前，我们先按照常规方式配置串口，并尝试直接发送字符串，验证串口基础功能是否正常。这里使用 STM32CubeMX 生成初始化代码，串口选择 USART1，波特率设置为 115200，数据位 8 位、无校验、1 位停止位。

在 main 函数中，我们直接调用 HAL_UART_Transmit 发送一段字符串，代码如下：

uint8_t msg[] = "Hello STM32\r\n"; HAL_UART_Transmit(&huart1, msg, strlen((char*)msg), 1000);

编译下载后，打开串口助手，可以看到正常输出 Hello STM32。这说明串口底层驱动已经工作正常，接下来就可以在此基础上实现 printf 重定向。

printf重定向代码

要让 printf 输出到串口，核心思路是重写底层字符输出函数 fputc，把标准输出重定向到 USART1。这样 printf 内部每次输出一个字符时，都会调用我们自定义的 fputc，从而把数据发送到串口。

在 Keil 工程中，需要勾选 Use MicroLIB，否则 printf 会占用大量资源，甚至无法正常工作。同时要包含头文件 stdio.h 和 string.h，否则 strlen 和 printf 无法使用。

重定向的核心代码如下：

#include "stdio.h" #include "string.h" int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 0xFFFF); return ch; }

完成上述配置后，就可以在代码中直接使用 printf 输出格式化字符串，例如：

printf("Temperature: %.2f C\r\n", 25.36);

记得写头文件，不然strlen和printf无法使用

很多初学者在重定向后编译报错，提示 strlen 或 printf 未定义，原因就是缺少头文件。stdio.h 提供了 printf 和 FILE 类型的声明，string.h 提供了 strlen 的声明。缺少任何一个头文件，编译器都无法识别这些函数。

记得打开魔术棒勾选使用LIB

在 Keil 中，点击魔术棒（Options for Target），切换到 Target 选项卡，勾选 Use MicroLIB。MicroLIB 是面向嵌入式场景的精简 C 库，体积小、占用资源少，并且对 printf 浮点输出支持更友好。如果不勾选，默认使用标准 C 库，链接时可能报错或导致程序体积过大。

Printf尝试发送到串口

完成上述重定向配置后，我们在 main 函数中调用 printf 发送数据，验证是否成功输出到串口。示例代码如下：

printf("System Start OK\r\n"); printf("Counter = %d\r\n", counter); printf("Voltage = %.2f V\r\n", 3.31);

编译下载后，打开串口助手，可以看到 printf 输出的内容正常显示在串口助手中。如果输出乱码，请检查串口助手的波特率是否与代码中配置的 115200 一致；如果完全没有输出，请检查 fputc 重定向是否生效，以及是否勾选了 Use MicroLIB。

USB转RTT原理图

阻塞接受

为了在电脑上实时监测代码进度，我们需要让 STM32 能够接收上位机发送的指令。这里采用阻塞模式接收，即程序会一直等待，直到收到数据后才继续往下执行。在开始之前，请确保已经完成了前面的 printf 重定向配置。

调用阻塞模式接收函数

阻塞接收的核心函数是 HAL_UART_Receive，它会一直阻塞等待，直到接收到指定长度的数据或超时。调用方式如下：

uint8_t rx_data = 0; HAL_UART_Receive(&huart1, &rx_data, 1, 0xFFFF);

上面代码表示：从 USART1 接收 1 个字节数据存入 rx_data，超时时间设为 0xFFFF（约 26 秒）。在超时时间内如果没有收到数据，函数会返回 HAL_TIMEOUT；收到数据则返回 HAL_OK。

HAL_UART_Receive函数结构和传入参数类型以及所代表的含义(其实用法和发送函数HAL_UART_Transmit差不多)

HAL_UART_Receive 的函数原型如下：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive( UART_HandleTypeDef *huart, // 串口句柄，指向 huart1 uint8_t *pData, // 接收缓冲区指针，存放收到的数据 uint16_t Size, // 要接收的字节数 uint32_t Timeout // 超时时间，单位毫秒 );

四个参数的含义分别是：

• huart：串口句柄，传入 &huart1 表示使用 USART1。
• pData：指向接收缓冲区的指针，收到的数据会写入这里。
• Size：期望接收的字节数，例如接收 1 个字节就填 1。
• Timeout：超时时间（毫秒），超过该时间仍未收到数据则返回 HAL_TIMEOUT。

可以看到，它的参数结构和发送函数 HAL_UART_Transmit 非常相似，区别只是数据方向相反：Transmit 是发送缓冲区数据到串口，Receive 是从串口接收数据到缓冲区。

主函数代码

uint8_t rx_data = 0; while (1) { printf("等待接收指令...\r\n"); // 阻塞等待接收 1 个字节 if (HAL_UART_Receive(&huart1, &rx_data, 1, 0xFFFF) == HAL_OK) { printf("收到指令: 0x%02X\r\n", rx_data); // 收到数据后回传确认信息 HAL_UART_Transmit(&huart1, &rx_data, 1, 1000); } }

代码结构解释

printf（之前已经写了重定向函数可以使用）——提示已经开始运行“阻塞接收”

Receive——阻塞接收，程序会一直等待直到收到数据

Transmit——确认信息，把收到的数据原样回传给上位机

整个流程是：程序先通过 printf 打印提示信息，然后进入阻塞接收状态等待上位机发送数据；一旦收到数据，就通过 printf 打印收到的内容，并用 Transmit 把数据回传确认，随后进入下一轮循环继续等待。

串口接收模式介绍

前面我们使用了阻塞模式接收串口数据，这种方式实现简单，但程序在等待数据时会一直卡住，无法处理其他任务。为了提升程序的实时性和响应能力，本节介绍更常用的中断接收模式。中断接收的核心思想是：CPU 平时可以专心执行主循环任务，一旦串口收到数据，硬件会自动触发中断，CPU 暂停当前任务去处理接收到的数据，处理完再回到原来的任务继续执行。

此章节会学到的HAL API

本节主要涉及以下 HAL 库函数和回调函数，建议先对照官方手册了解它们的声明位置：

• HAL_UART_Receive_IT：以中断方式接收指定长度的数据，函数立即返回，数据到达后由中断回调处理。
• HAL_UART_RxCpltCallback：接收完成回调函数，当一帧数据接收完成后由 HAL 库自动调用，用户在这里编写数据处理逻辑。
• __HAL_UART_ENABLE_IT：使能串口中断的宏，通常在初始化时调用。

下面结合图片逐步说明如何在 CubeMX 中配置串口中断，并编写对应的回调函数。

上图展示了串口中断接收的整体流程：配置中断、使能接收、等待数据到达、触发中断回调、在回调中处理数据并重新开启下一次接收。

CubeMX中配置打开串口中断

在 CubeMX 中，选中 USART1，在 NVIC Settings 选项卡中勾选 USART1 global interrupt，使能串口全局中断。这样当串口收到数据时，硬件就会触发中断请求，进入中断服务函数。

配置完成后重新生成代码，CubeMX 会自动在 stm32f1xx_it.c 中生成 USART1_IRQHandler 中断服务函数，并在其中调用 HAL_UART_IRQHandler 处理中断。

串口接收中断函数结构

中断服务函数的结构如下，它由硬件触发，负责把中断事件交给 HAL 库处理：

void USART1_IRQHandler(void) { HAL_UART_IRQHandler(&huart1); }

HAL_UART_IRQHandler 内部会根据中断标志位，自动调用对应的回调函数，例如接收完成时调用 HAL_UART_RxCpltCallback。

优先初始化

在使用中断接收之前，必须在 main 函数中调用 HAL_UART_Receive_IT 启动一次接收，否则即使中断已使能，也不会接收数据。建议在初始化阶段就调用，例如放在 while(1) 之前：

uint8_t rx_data = 0; HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1);

注意：HAL_UART_Receive_IT 只接收一次指定长度的数据，接收完成后需要再次调用才能继续接收下一帧，因此通常会在回调函数末尾重新调用它。

找到对应的回调函数

HAL 库提供了多个回调函数，分别对应不同的中断事件。接收完成对应的是 HAL_UART_RxCpltCallback，我们需要在用户代码中重写这个函数。可以在 stm32f1xx_it.c 或单独的用户文件中实现，推荐在 main.c 中实现，方便管理。

上图展示了 HAL 库中回调函数的定义位置和调用关系，可以看到 HAL_UART_IRQHandler 在接收完成后会调用 HAL_UART_RxCpltCallback。

回调函数编写

在回调函数中编写数据处理逻辑，并在末尾重新开启下一次接收，形成连续接收的循环：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart->Instance == USART1) { // 处理收到的数据，例如回传 HAL_UART_Transmit(&huart1, &rx_data, 1, 1000); // 重新开启下一次中断接收 HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1); } }

这样，主循环可以专心执行其他任务，串口数据到达时由中断自动处理，大大提高了程序的实时性。

串口控制LED灯

掌握了中断接收后，我们可以做一个综合小实验：通过串口发送指令控制开发板上的 LED 灯。例如发送字符 '1' 点亮 LED，发送字符 '0' 熄灭 LED。在回调函数中根据收到的数据控制 GPIO 即可：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart->Instance == USART1) { if (rx_data == '1') { HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET); // 点亮 } else if (rx_data == '0') { HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET); // 熄灭 } HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &rx_data, 1); } }

编译下载后，在串口助手中发送 1 或 0，即可看到 LED 灯随之点亮或熄灭。这个实验把中断接收、GPIO 控制和串口通信结合起来，是理解嵌入式交互的经典入门练习。

其他配置与上方相同，记得在MX上配置好LED的GPIO端口

串口接收不定长中断

前面我们使用 HAL_UART_Receive_IT 接收固定长度的数据，每次只能接收 1 个字节。但在实际项目中，上位机发送的指令长度往往是不固定的，例如发送 "LED_ON" 或 "LED_OFF" 这样的字符串。如果仍然按固定长度接收，就需要预先知道数据长度，使用起来很不方便。本节介绍如何通过中断方式接收不定长数据，并判断一帧数据何时结束。

不定长接收的核心思路

接收不定长数据，通常采用以下两种方式之一：

• 空闲中断（IDLE）：当串口在一段时间内没有收到新数据时，硬件触发空闲中断，表示一帧数据接收完毕。这是最常用的方式，适合大多数场景。
• 固定结束符：约定一个特殊字符（如 \r\n 或 \n）作为一帧数据的结束标志，收到结束符就认为一帧数据接收完成。

下面以空闲中断方式为例，说明如何在 HAL 库中实现不定长接收。

函数和回调函数

实现不定长接收，主要涉及以下 HAL 库函数和回调函数：

• HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT：以中断方式接收数据，直到收到指定长度数据或检测到空闲（IDLE）时停止。这是不定长接收的核心函数。
• HAL_UARTEx_RxEventCallback：接收事件回调函数，当数据接收完成或检测到空闲时由 HAL 库自动调用。用户在这个回调中处理收到的数据。
• __HAL_UART_ENABLE_IT：使能串口中断的宏，用于开启空闲中断等。

下面结合图片逐步说明如何在 CubeMX 中配置，并编写对应的回调函数。

上图展示了 HAL 库中与不定长接收相关的函数声明位置，可以看到 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT 和 HAL_UARTEx_RxEventCallback 都定义在 stm32f1xx_hal_uart.h 中。

上图展示了 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT 函数的原型和参数说明，它的参数与 HAL_UART_Receive_IT 类似，区别在于它会在检测到空闲时自动停止接收。

上图展示了 HAL_UARTEx_RxEventCallback 回调函数的定义位置，这个回调函数需要我们在用户代码中自行实现。

回调函数位置

与 HAL_UART_RxCpltCallback 类似，HAL_UARTEx_RxEventCallback 也需要在用户代码中重写。推荐在 main.c 中实现，方便统一管理。下面两张图分别展示了回调函数的声明位置和调用关系：

可以看到，HAL_UARTEx_RxEventCallback 在 HAL_UART_IRQHandler 内部被调用，当检测到空闲中断或接收长度达到设定值时触发。

不定长接收代码示例

下面给出一个完整的不定长接收示例。首先在 main 函数中启动接收：

uint8_t rx_buffer[64] = {0}; uint16_t rx_len = 0; // 启动不定长接收，最多接收 64 字节，检测到空闲时停止 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1, rx_buffer, 64);

然后在回调函数中处理收到的数据，并重新开启下一次接收：

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) { if (huart->Instance == USART1) { rx_len = Size; // 实际接收到的字节数 // 回传收到的数据，确认接收成功 HAL_UART_Transmit(&huart1, rx_buffer, rx_len, 1000); // 清空缓冲区，重新开启下一次不定长接收 memset(rx_buffer, 0, sizeof(rx_buffer)); HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT(&huart1, rx_buffer, 64); } }

代码说明：

• HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT：启动不定长接收，第二个参数是接收缓冲区，第三个参数是最大接收长度。当收到数据后出现空闲，或接收长度达到最大值时，接收停止。
• Size 参数：回调函数的第二个参数，表示本次实际接收到的字节数，通过它我们可以知道一帧数据的长度。
• 重新开启接收：与固定长度接收一样，接收完成后必须再次调用 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT，才能继续接收下一帧数据。

注意事项

在使用不定长接收时，有几点需要特别注意：

• 空闲中断的触发条件：空闲中断是在串口接收线上出现一段空闲时间（通常是一个字节的传输时间）后触发。如果上位机连续发送数据没有停顿，空闲中断不会触发，此时需要依靠最大长度限制来结束接收。
• 缓冲区大小：接收缓冲区要足够大，避免数据溢出。如果一帧数据可能超过缓冲区大小，需要适当增大缓冲区，或采用环形缓冲区的方式。
• 回调函数中不要做耗时操作：回调函数运行在中断上下文中，应尽量只做数据拷贝和标志位设置，耗时操作（如数据处理、打印等）应放到主循环中执行。
• 不同芯片的差异：部分 STM32 系列（如 F4、H7）对 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT 的支持更完善，F1 系列也支持该函数，但需要确认所用 HAL 库版本是否包含此接口。

小结

本节介绍了串口不定长中断接收的实现方法，核心是使用 HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_IT 配合 HAL_UARTEx_RxEventCallback 回调函数。相比固定长度接收，不定长接收更符合实际项目需求，可以灵活处理各种长度的指令。建议读者结合前面的 LED 控制实验，尝试用不定长接收实现 "LED_ON" / "LED_OFF" 字符串指令控制，加深理解。

多串口应用

在实际项目中，一块开发板往往不止一个串口，例如 USART1 用于调试打印，USART2 用于与传感器或蓝牙模块通信。本节介绍如何在一个工程中同时使用多个串口，并解决 printf 重定向与多串口之间的冲突问题。

上图展示了多串口应用的整体接线与配置思路：不同外设分别挂接在不同的串口上，通过各自的收发引脚完成数据交互。

注意：一个重定向只能对应一个串口，所以现在封装一个字符打印的函数

printf 重定向的核心是重写 fputc，而 fputc 内部固定调用某一个串口（例如 huart1）。这意味着默认情况下，printf 只能输出到 USART1，无法直接输出到其他串口。如果想让不同串口都能打印，就需要封装一个通用的字符打印函数，把串口句柄作为参数传入。

下面给出一个封装示例，通过一个自定义函数实现向指定串口发送字符串：

// 向指定串口发送字符串 void UART_SendString(UART_HandleTypeDef *huart, const char *str) { HAL_UART_Transmit(huart, (uint8_t *)str, strlen(str), 1000); } // 使用示例：向 USART1 打印 UART_SendString(&huart1, "Hello USART1\r\n"); // 使用示例：向 USART2 打印 UART_SendString(&huart2, "Hello USART2\r\n");

这样，无论哪个串口需要输出，都可以通过传入对应的句柄来实现，避免了 printf 只能绑定单一串口的限制。

上图展示了封装函数的实现细节，可以看到通过传入不同的串口句柄，即可灵活控制输出目标。

最终代码

完整的多串口示例代码如下，包含两个串口的初始化和收发逻辑：

// 初始化两个串口（由 CubeMX 生成） // huart1: 调试串口，波特率 115200 // huart2: 通信串口，波特率 9600 int main(void) { HAL_Init(); SystemClock_Config(); MX_GPIO_Init(); MX_USART1_UART_Init(); MX_USART2_UART_Init(); // 向两个串口分别打印启动信息 UART_SendString(&huart1, "USART1 Ready\r\n"); UART_SendString(&huart2, "USART2 Ready\r\n"); while (1) { // 主循环任务 } }

实验现象

编译下载后，打开两个串口助手（分别对应 USART1 和 USART2 的 USB 转串口），可以看到两个串口都正常输出了各自的启动信息，说明多串口配置和封装函数均工作正常。

上图展示了两个串口同时输出的实验现象，验证了多串口应用的可行性。

串口节课大重点：DMA

前面介绍的串口收发方式，无论是阻塞模式还是中断模式，数据搬运都需要 CPU 参与。当数据量较大或通信频率较高时，CPU 会被频繁打断，影响系统整体性能。DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）可以在不占用 CPU 的情况下，在内存和外设之间直接搬运数据，是串口高效通信的关键技术。本节作为串口章节的重点，详细介绍 DMA 的原理、配置和使用方法。

上图展示了 DMA 在串口通信中的整体架构：CPU 只需发起传输请求，之后数据搬运由 DMA 控制器自动完成，传输完成后通过中断通知 CPU。

DMA传输方式与参数

DMA 传输涉及几个关键参数，理解它们对正确配置至关重要：

• 传输方向：内存到外设（发送）、外设到内存（接收）、内存到内存（数据搬移）。
• 数据宽度：字节（8 位）、半字（16 位）、字（32 位），需与外设寄存器宽度匹配。
• 传输模式：普通模式（传输一次后停止）和循环模式（自动循环传输，适合连续数据流）。
• 优先级：当多个 DMA 通道同时请求时，高优先级通道优先获得总线控制权。

上图展示了 DMA 传输方式与参数的配置界面，可以看到方向、模式、优先级等选项。

DMA简介

DMA 是一种无需 CPU 干预即可在外设与内存之间搬运数据的技术。以串口发送为例，传统方式下 CPU 需要逐字节把数据写入发送寄存器；使用 DMA 后，CPU 只需配置好源地址、目的地址和传输长度，DMA 控制器就会自动完成全部数据搬运，传输完成后通过中断通知 CPU。这样 CPU 可以腾出时间处理其他任务，大幅提升系统效率。

上图详细介绍了 DMA 的基本概念和工作原理，重点理解它如何替代 CPU 完成数据搬运。

特性

STM32 的 DMA 控制器具有以下主要特性：

• 支持内存到外设、外设到内存、内存到内存三种传输方向。
• 支持普通模式和循环模式，循环模式适合音频、ADC 采样等连续数据流场景。
• 每个通道支持独立配置优先级，可灵活调度多个 DMA 请求。
• 支持传输完成、半传输、传输错误等多种中断，便于程序及时响应。

上图列出了 DMA 控制器的详细特性，建议对照芯片参考手册逐条理解。

功能框图

DMA 控制器的功能框图展示了其内部结构，包括多个通道、仲裁器和外设请求映射关系。理解功能框图有助于掌握 DMA 的工作流程：外设发出请求后，仲裁器根据优先级选择通道，DMA 控制器按配置完成数据搬运。

上图是 DMA 控制器的功能框图，可以看到通道、仲裁器与外设请求之间的连接关系。

CubeMX初始化

在 CubeMX 中配置串口 DMA 的步骤如下：

1. 在 USART1 的 DMA Settings 选项卡中，点击 Add 添加发送（USART1_TX）和接收（USART1_RX）两个 DMA 请求。
2. 发送通道选择 Normal 模式，接收通道选择 Circular 模式（便于连续接收）。
3. 数据宽度均设为 Byte，优先级按需设置。
4. 重新生成代码，CubeMX 会自动生成 DMA 初始化函数 MX_DMA_Init 和串口 DMA 句柄。

上图展示了 CubeMX 中串口 DMA 的配置界面，注意发送和接收通道的模式选择。

函数

配置完成后，主要使用以下 HAL 库函数进行 DMA 收发：

• HAL_UART_Transmit_DMA：以 DMA 方式发送数据，函数立即返回，发送完成后触发回调。
• HAL_UART_Receive_DMA：以 DMA 方式接收数据，配合循环模式可实现连续接收。
• HAL_UART_TxCpltCallback：发送完成回调函数，在发送结束后由 HAL 库自动调用。
• HAL_UART_RxCpltCallback：接收完成回调函数，在接收结束后由 HAL 库自动调用。

下面给出一个使用 DMA 发送和接收的示例：

uint8_t tx_buffer[] = "DMA Test\r\n"; uint8_t rx_buffer[64] = {0}; // 以 DMA 方式发送数据 HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, tx_buffer, strlen((char*)tx_buffer)); // 以 DMA 方式接收数据（循环模式，可连续接收） HAL_UART_Receive_DMA(&huart1, rx_buffer, 64); // 发送完成回调 void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) { if (huart->Instance == USART1) { // 发送完成，可在此处理后续逻辑 } }

上图展示了 DMA 相关 HAL 函数的声明位置和参数说明，建议对照官方手册深入学习。

上图展示了 DMA 收发回调函数的定义位置，用户需要在代码中自行实现这些回调。