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简介：这套资源是“GD32F303固件库开发”系列第9篇的配套工程代码，面向使用兆易创新GD32F303进行嵌入式开发的工程师与学生，重点演示通过DMA方式实现USART串口收发，可有效降低串口通信时的CPU占用，并减少数据量大时可能出现的丢包问题。压缩包共包含1251个文件，以C源码和H头文件为主体，同时提供Keil、IAR等常见IDE的工程文件，以及编译生成的hex、bin固件，便于直接对照学习或烧录验证；整体仅4.18MB，结构紧凑、易于下载使用。目前已有3329人学习下载。代码中已配置好串口与DMA通道，并给出清晰的初始化与中断处理流程，读者可结合配套CSDN文字教程和B站教学视频，快速理解外设时钟、DMA请求映射、缓冲区管理等关键知识点，进而轻松迁移到自己的实际项目中。

1. 为什么USART要配DMA：先搞清楚这件事值不值得做

1.1 串口收发的痛点到底在哪

做GD32F303开发的朋友应该都有过这种经历：用轮询方式发一串日志数据，CPU就在那死等，一个字节一个字节往数据寄存器里塞，期间什么事情都干不了；用中断方式稍微好一点，但来一个字节进一次中断，如果波特率跑到115200以上，加上系统里还有定时器、ADC、显示刷新这些任务，中断嵌套一多，整个系统的实时性很容易被拖垮。

我之前有一个项目，用GD32F303做数据采集和上报，串口跑到460800波特率，每秒大约46000字节，如果用传统中断方式，每字节进一次中断意味着每秒几万次中断响应，光是保存现场、恢复现场就得消耗大量CPU周期。后来我把接收改成DMA+空闲中断，发送改成DMA完成中断，从那个版本开始，CPU占用率肉眼可见地降下来了。

所以这个标题里"USART通过DMA收发"这件事，本质上解决的问题是：怎么用最少的CPU介入，把串口数据从外设搬到内存，再从内存搬到外设。GD32F303的DMA控制器就是专门干这个的，它不需要CPU逐字节搬运，配置好源地址、目的地址、传输长度之后，硬件自己就把活儿干完，干完了再通知你一声。

1.2 DMA在这里扮演的角色

GD32F303内置的DMA控制器有多个通道，每个通道可以关联不同的外设请求，USART的发送和接收都有独立的DMA请求线。当串口接收寄存器里有数据时，硬件会自动触发DMA搬运，把数据从串口数据寄存器搬到你在内存里开辟的缓冲区；当你的程序往发送缓冲区写入数据并启动DMA后，DMA会一个个字节把数据发出去，全部发完产生一个传输完成中断。

你可以把DMA理解成一个跑腿的：你告诉它"把这筐苹果从A搬到B"，它就一趟一趟搬，搬完回来跟你说一声。搬运期间你自己该干嘛干嘛，完全不用管。这对于需要频繁收发、或者数据量不固定的场景，效果立竿见影。

不过GD32F303的USART+DMA有一个很关键的细节：USART的接收DMA在接收到固定长度数据后才能触发完成中断。也就是说，如果你不知道对方会发多少字节，单纯靠"DMA传输完成"来判断一帧数据结束了，很可能等不到这个中断。常规做法是开启串口的空闲中断（IDLE），用"DMA搬运+空闲中断"组合判定一帧接收完成。后面我会详细说这个实现。

2. 动手前的硬件与固件库基础

2.1 引脚与串口初始化

我用的是GD32F303系列，不同型号引脚和串口号有差异，但用固件库初始化串口的写法基本一致。以USART0为例，它默认复用PA9作为TX、PA10作为RX，需要使能GPIOA和USART0的时钟，然后配置引脚为复用推挽输出和浮空输入（或者上拉输入，看硬件电路）。

/* 使能时钟 */ rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); rcu_periph_clock_enable(RCU_USART0); rcu_periph_clock_enable(RCU_DMA0); /* 配置PA9为USART0_TX，PA10为USART0_RX */ gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_7, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10); gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9 | GPIO_PIN_10); gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_9);

然后配置串口参数，9600、115200、460800都可以，根据自己的需求来。

usart_deinit(USART0); usart_baudrate_set(USART0, 115200U); usart_word_length_set(USART0, USART_WL_8BIT); usart_stop_bit_set(USART0, USART_STB_1BIT); usart_parity_config(USART0, USART_PM_NONE); usart_hardware_flow_rts_config(USART0, USART_RTS_DISABLE); usart_hardware_flow_cts_config(USART0, USART_CTS_DISABLE); usart_receive_config(USART0, USART_RECEIVE_ENABLE); usart_transmit_config(USART0, USART_TRANSMIT_ENABLE); usart_enable(USART0);

这里有个细节：如果只做发送，不使能接收寄存器非空中断，接收功能仍然可以正常由DMA搬运。接收DMA的触发条件是串口接收数据寄存器非空，这个和中断使能是独立的，不要混淆。

2.2 DMA通道映射关系

GD32F303有DMA0和DMA1两个控制器，不同串口对应的请求通道号不一样，我一开始就没看手册，想当然地用了DMA0_Channel3，结果数据根本不进缓冲区，查了半天才发现通道映射错了。

以USART0为例：

• 发送请求：DMA0的通道4
• 接收请求：DMA0的通道3

如果是USART1，通道映射又不一样。这个一定要去看GD32F303用户手册里的DMA请求映射表，不要凭经验猜。固件库提供了dma_request_config之类的接口来设置请求来源，但这个并不代表通道一定匹配，通道和请求的对应关系是芯片厂家设计死的，选错了就收不到数据。

2.3 固件库配置DMA的常规写法

无论是发送还是接收，DMA的配置项都差不多：外设基地址、存储器地址、传输方向、缓冲区大小、传输宽度、优先级、是否开启循环模式。发送和接收的区别主要在传输方向和是否循环上。

发送DMA的方向是"存储器到外设"，接收DMA的方向是"外设到存储器"。发送通常不开启循环模式，一帧数据发完就停；接收通常会开启循环模式，这样DMA在缓冲区满了之后会自动回到起始地址继续写，配合空闲中断可以连续接收不定长数据。

3. 代码实现：DMA发送与DMA接收完整流程

3.1 DMA发送的实现与注意事项

发送的逻辑相对简单。定义一个发送缓冲区，当需要发送数据时，把数据拷到缓冲区，然后启动一次DMA传输，传输完成中断里做清理工作。

#define USART0_TX_BUFFER_SIZE 256 uint8_t usart0_tx_buffer[USART0_TX_BUFFER_SIZE]; volatile uint8_t usart0_tx_busy = 0; void usart0_dma_send(uint8_t *data, uint16_t len) { if (len == 0 || len > USART0_TX_BUFFER_SIZE) { return; } while (usart0_tx_busy) { /* 等待上一次发送完成 */ } memcpy(usart0_tx_buffer, data, len); dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH4); dma_memory_address_config(DMA0, DMA_CH4, DMA_MEMORY_0, (uint32_t)usart0_tx_buffer); dma_transfer_number_config(DMA0, DMA_CH4, len); dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH4); usart0_tx_busy = 1; } void DMA0_Channel4_IRQHandler(void) { if (dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH4, DMA_INT_FLAG_FTF)) { dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH4, DMA_INT_FLAG_FTF); dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH4); usart0_tx_busy = 0; } }

这里有个细节值得说：发送DMA的触发条件是串口的发送数据寄存器为空，DMA会自动把下一个字节写入到串口数据寄存器。但需要在启动DMA之前，先确保串口的发送功能已经使能。另外，DMA发出第一个字节之前，串口数据寄存器需要处于"空"状态，如果之前有残留数据，最好先清一下USART_STAT里的TC标志。

实际调试中我踩过一个坑：如果DMA传输完成中断里不先失能通道，再次启动前直接改传输长度，会出现第一次正常、第二次卡死的问题。原因是DMA还在使能状态时，配置通道寄存器会冲突，所以每次启动前都要先失能通道，配置完成后再使能，这个顺序不能省。

3.2 DMA接收：固定长度与不定长两种思路

接收分两种情况：一种是你提前知道对方会发多少字节，比如读取传感器时固定返回8个字节，那直接配好DMA传输长度为8，接收完成中断来了就处理；另一种是不知道对方发多少字节，比如串口调试指令、Modbus报文、GPS数据，这种就需要"空闲中断"来辅助判断一帧结束。

固定长度的实现：

dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH3); dma_periph_address_config(DMA0, DMA_CH3, (uint32_t)&USART_DATA(USART0)); dma_memory_address_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_MEMORY_0, (uint32_t)usart0_rx_buffer); dma_transfer_number_config(DMA0, DMA_CH3, 8); dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH3);

只要收到8个字节，DMA通道3的传输完成中断就会触发，在中断里处理数据即可。但问题来了：如果对方发了7个字节就不发了，DMA永远等不到第8个字节，你这个接收就卡死了。所以严格来说，固定长度接收只适合帧长度完全固定的协议。

实际项目中更实用的是不定长接收：DMA开启循环模式，缓冲区大小定义为最大帧长度（比如256字节），然后使能串口的空闲中断。每当总线上出现一个字节间隔（空闲状态），就认为一帧数据发完了，在空闲中断里根据DMA当前写到了缓冲区的哪个位置，算出收到的数据长度，然后把数据拷贝走。

3.3 空闲中断+DMA循环模式：不定长接收的标准姿势

先看一下初始化部分：

#define USART0_RX_BUFFER_SIZE 256 uint8_t usart0_rx_buffer[USART0_RX_BUFFER_SIZE]; volatile uint16_t usart0_rx_last_pos = 0; void usart0_dma_rx_init(void) { dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH3); dma_deinit(DMA0, DMA_CH3); dma_periph_address_config(DMA0, DMA_CH3, (uint32_t)&USART_DATA(USART0)); dma_memory_address_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_MEMORY_0, (uint32_t)usart0_rx_buffer); dma_transfer_number_config(DMA0, DMA_CH3, USART0_RX_BUFFER_SIZE); dma_priority_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_PRIORITY_HIGH); dma_transfer_direction_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_PERIPH_TO_MEMORY); dma_memory_width_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_MEMORY_WIDTH_8BIT); dma_periph_width_config(DMA0, DMA_CH3, DMA_PERIPHERAL_WIDTH_8BIT); dma_circulation_enable(DMA0, DMA_CH3); dma_channel_enable(DMA0, DMA_CH3); /* 使能串口空闲中断 */ usart_interrupt_enable(USART0, USART_INT_IDLE); /* 注意：清空闲标志的方法是先读USART_STAT，再读USART_DATA */ if (usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_IDLE)) { usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_IDLE); } nvic_irq_enable(USART0_IRQn, 1, 0); nvic_irq_enable(DMA0_Channel3_IRQn, 0, 0); }

接收处理的重点在串口中断服务函数里。GD32F303的清空闲标志和STM32一样，需要先读状态寄存器，再读数据寄存器，否则清不掉。

void USART0_IRQHandler(void) { if (usart_interrupt_flag_get(USART0, USART_INT_FLAG_IDLE)) { /* 先读状态，再读数据，清除IDLE标志 */ usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_IDLE); /* 计算当前DMA写到了哪个位置 */ uint16_t cur_pos = USART0_RX_BUFFER_SIZE - dma_transfer_number_get(DMA0, DMA_CH3); /* 处理一帧新数据 */ if (cur_pos != usart0_rx_last_pos) { uint16_t recv_len; if (cur_pos > usart0_rx_last_pos) { recv_len = cur_pos - usart0_rx_last_pos; handle_uart_frame(&usart0_rx_buffer[usart0_rx_last_pos], recv_len); } else { /* 缓冲区回绕了 */ recv_len = USART0_RX_BUFFER_SIZE - usart0_rx_last_pos + cur_pos; handle_uart_frame(&usart0_rx_buffer[usart0_rx_last_pos], USART0_RX_BUFFER_SIZE - usart0_rx_last_pos); handle_uart_frame(&usart0_rx_buffer[0], cur_pos); } usart0_rx_last_pos = cur_pos; } } }

这段代码里有几个关键逻辑：

• dma_transfer_number_get返回的是DMA剩余要传输的字节数，拿缓冲区总大小减去剩余数，就能算出DMA已经写了多少个字节。
• 因为是循环模式，DMA写完256字节后会自动回绕到0，所以计算新数据长度时要考虑"当前位置小于上次位置"的回绕情况。
• 帧处理函数里，建议先把数据拷贝到自己的协议缓冲区再做解析，不要直接在DMA缓冲区上解析。不然数据还没处理完，DMA又写入新数据把缓冲区覆盖了。

3.4 发送完成中断里该做什么

发送DMA完成中断的优先级通常不需要很高，因为发送本身不着急。但要注意一点：发送完成中断触发的前提是DMA把所有字节都搬到了串口的发送数据寄存器，但这时候最后一个字节可能还没有完全从移位寄存器发出去。如果紧接着就要切换RS485的收发方向，或者关闭串口，你需要额外等待USART的TC标志置位。

对于RS485方向切换，我习惯的做法是在DMA发送完成中断里，不清DMA，而是等TC标志：

void DMA0_Channel4_IRQHandler(void) { if (dma_interrupt_flag_get(DMA0, DMA_CH4, DMA_INT_FLAG_FTF)) { dma_interrupt_flag_clear(DMA0, DMA_CH4, DMA_INT_FLAG_FTF); dma_channel_disable(DMA0, DMA_CH4); /* 等待最后一个字节完全发送出去 */ while (!usart_flag_get(USART0, USART_FLAG_TC)); usart0_tx_busy = 0; /* 在这里切换RS485方向或做其他收尾操作 */ } }

等待TC标志这个操作很快，一般也就几微秒，但对RS485通信来说，这一个细节决定了你最后一字节会不会被截断。

4. 实测遇到的那些坑与排查技巧

4.1 常见问题速查表

我整理了这段时间调试USART+DMA遇到的高频问题，按"症状→原因→解法"列个表：

4.2 关于USART空闲标志的清除顺序

GD32固件库里清IDLE标志有一个很隐蔽的坑。如果你直接调用usart_flag_clear(USART0, USART_FLAG_IDLE)，有些库版本会正常清掉，但有些版本因为库的封装方式问题，清不掉，导致一进中断就出不来的假象。稳妥写法是：

usart_interrupt_flag_clear(USART0, USART_INT_FLAG_IDLE);

或者用最原始的寄存器操作：

uint32_t temp = USART_STAT(USART0); temp = USART_DATA(USART0); (void)temp;

先读STAT再读DATA，这是GP32和STM32系通用的清IDLE逻辑。我建议在中断里直接用寄存器读的方式，最不容易踩坑。

4.3 缓冲区大小与DMA传输计数器的配合

还有一个容易被忽视的地方：DMA循环模式下，dma_transfer_number_get返回的值在传输过程中是动态变化的，但它是递减计数：初始化时是缓冲区大小，每搬运一个字节减1，搬完一轮后重新装载为初始值。

所以计算已接收字节数时，用"缓冲区大小-当前传输计数"在大多数时刻是对的。但如果恰好赶上DMA刚完成一轮回绕、计数器重新装载，而数据还没来得及写入缓冲区，你算出来的位置可能暂时是0或缓冲区大小。这种极短时间内偏差可以接受，因为你的处理函数有长度判断，最多把一帧数据切分成两段处理。自己写协议时，建议用帧头+帧尾+长度字段的方式做二次校验，不要把DMA位置计算当成100%准确的帧边界。

4.4 实测中的性能提升体验

项目里我实际测过一组对比数据：MCU主频120MHz，串口460800波特率，每50ms向主机发送一帧约200字节的波形数据。用传统逐字节中断发送时，CPU在发送期间的占用率大约能到30%（中间还夹杂着其他中断）；改成DMA发送后，CPU只需把数据拷到缓冲区并启动DMA，剩下的时间全部释放给主循环做算法处理，CPU占用率在发送期间掉到5%以内。

接收侧更是明显。之前是每字节进一次接收中断，在高速数据流场景下经常丢字节，因为CPU来不及读；改成DMA+空闲中断后，数据直接进内存，中断频率从"每秒几万次"降为"每帧一次"，几乎不存在丢字节的问题了。

5. 最后想分享的一个排障技巧

调试DMA类问题，最忌"凭感觉改代码"。我调试USART收不到数据时，一定会先用逻辑分析仪或者串口助手确认：串口本身有没有波形数据进来？这个确认完之后，再分两步排查：先关掉DMA，用轮询方式读取串口数据，确认串口外设工作正常；再配DMA，但把DMA中断关了，只在主循环里查询DMA传输计数是否在变化。如果计数在变，说明DMA搬运是通的，问题在中断处理上；如果计数不变，说明DMA根本没被触发，基本就是通道映射或者外设请求配置的问题。

这个排查思路帮我避开了很多弯路。你如果第一次调USART+DMA，建议也按这个顺序走一遍，比自己瞎猜哪里的配置不对要高效得多。

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