STM32F4 HAL库串口死锁问题调试记录

使用方法：通过串口DMA固定周期向外发送数据，同时开启串口DMA接收用于接收其它板卡发来的数据。
问题：在程序运行一段时间后会出现程序不再接收数据的情况，但向外发送数据正常。
分析：一开始认为是触发了串口ORE错误导致的这个问题呢，但奇怪的是并没有触发串口错误中断的回调函数，通过进一步分析排查发现是由__HAL_LOCK()引起的，而串口ORE错误是在触发这个问题之后出现的。

调试方法

1. 通过如下函数开启串口DMA接收

HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&JOYSTICK_HUART, joystick_uart_buffer, JOYSTICK_UART_BUFFER_SIZE);

2. 通过如下函数以10ms周期定时向外发送数据

HAL_UART_Transmit_DMA(&JOYSTICK_HUART,(uint8_t*)&joystick_display_frame,sizeof(JoystickDisplayFrame_t));

3. 实现串口DMA+IDLE中断接收回调函数

uint32_t huart2_err_cnt = 0;
uint32_t aaa[10] = {0};
HAL_StatusTypeDef huart2_status1;
HAL_StatusTypeDef huart2_status2;

uint32_t tx_lock_cnt = 0;
uint32_t tx_unlock_cnt = 0;
uint8_t rx_irq_flag = 0;

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) {
  uart_rx_event_cnt++;

  huart2_status1 = HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&JOYSTICK_HUART, joystick_uart_buffer, JOYSTICK_UART_BUFFER_SIZE);
  if(huart2_status1 != HAL_OK) {
    huart2_err_cnt++;
    rx_irq_flag = 1;
    
    /* 根据相应的错误类型清除相应的错误标志 */
    if(__HAL_UART_GET_FLAG(&JOYSTICK_HUART, UART_FLAG_ORE) != RESET) {
      __HAL_UART_CLEAR_OREFLAG(&JOYSTICK_HUART); //清除ORE溢出错误标志，（读SR然后读DR，这里用于清除串口错误标志）
      aaa[0]++;
    } else if(__HAL_UART_GET_FLAG(&JOYSTICK_HUART, UART_FLAG_FE) != RESET) {
      __HAL_UART_CLEAR_FEFLAG(&JOYSTICK_HUART); //清除FE帧错误标志
      aaa[1]++;
    } else if(__HAL_UART_GET_FLAG(&JOYSTICK_HUART, UART_FLAG_PE) != RESET) {
      __HAL_UART_CLEAR_PEFLAG(&JOYSTICK_HUART); //清除PE奇偶校验错误标志
      aaa[2]++;
    } else if(__HAL_UART_GET_FLAG(&JOYSTICK_HUART, UART_FLAG_NE) != RESET) {
      __HAL_UART_CLEAR_NEFLAG(&JOYSTICK_HUART); //清除NE噪声错误标志
      aaa[3]++;
    }
    huart2_status2 = HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&JOYSTICK_HUART, joystick_uart_buffer, JOYSTICK_UART_BUFFER_SIZE);
  }
}

4. 实现串口错误中断回调函数

uint32_t uart_error_cnt = 0; //记录是否进入串口错误中断
void HAL_UART_ErrorCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
  uart_error_cnt++;
  // 其它处理
}

5. 改造HAL库串口DMA发送函数来验证问题

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_DMA(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size)
{
  uint32_t *tmp;

  /* Check that a Tx process is not already ongoing */
  if (huart->gState == HAL_UART_STATE_READY)
  {
    if ((pData == NULL) || (Size == 0U))
    {
      return HAL_ERROR;
    }

    /* Process Locked */
    __HAL_LOCK(huart);
    if(rx_irq_flag == 0) {
      tx_lock_cnt++;
    }

    // 省略中间的处理

    /* Process Unlocked */
    __HAL_UNLOCK(huart);
    if(rx_irq_flag == 0) {
      tx_unlock_cnt++;
    }

    /* Enable the DMA transfer for transmit request by setting the DMAT bit
       in the UART CR3 register */
    ATOMIC_SET_BIT(huart->Instance->CR3, USART_CR3_DMAT);

    return HAL_OK;
  }
  else
  {
    return HAL_BUSY;
  }
}

结果

下图为出错时对应的变量值
第一次测试结果：

第二次测试结果：

分析

1. 根据上面的结果可以看出：程序在执行发送函数中的__HAL_LOCK(huart)串口加锁函数后，__HAL_UNLOCK(huart)串口解锁函数前触发了串口IDLE中断，此时由于串口处于锁定状态，执行HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA()函数会直接返回HAL_BUSY（即2）的状态，导致出现了错误。
2. 根据aaa[0]的值可以判定此时尚未出现串口ORE的报错，而usart2_sr串口状态寄存器的值显示当前出现了串口ORE错误，这个错误是由于后续又继续收到数据导致的。
3. 根据usart2_cr串口控制寄存器1的值可以看出IDLEIE中断使能标志位现在为0，因而不会继续触发串口IDLE接收中断了，自然就不会继续执行回调函数的内容了

解决

STM32串口是支持全双工工作的，按理说收发可以做到完全互不干扰，但是串口锁定处理的这段时间确实会影响全双工的性能。程序同时高频接收和高频发送时可能会有比较高的概率出现该问题。

方法一：

屏蔽掉HAL库中关于串口锁的函数（不推荐）

方法二：

触发这种情况时添加串口解锁处理

void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size) {
  uart_rx_event_cnt++;

  huart2_status1 = HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&JOYSTICK_HUART, joystick_uart_buffer, JOYSTICK_UART_BUFFER_SIZE);
  if(huart2_status1 != HAL_OK) {
    huart2_err_cnt++;
    
    JOYSTICK_HUART.RxState = HAL_UART_STATE_READY;
    JOYSTICK_HUART.Lock = HAL_UNLOCKED; //或者调用 __HAL_UNLOCK(&JOYSTICK_HUART);
    huart2_status2 = HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&JOYSTICK_HUART, joystick_uart_buffer, JOYSTICK_UART_BUFFER_SIZE);
  }
}