一、数据收发模式

根据数据处理时机和CPU资源占用的不同，串口数据收发主要分为轮询和中断两种基本模式。在此之上，利用空闲中断可以实现不定长数据的接收。

二、 定长数据的收发

定长数据收发指在通信前，数据的长度（字节数）是已知且固定的。

1. 轮询模式

工作原理：CPU持续、主动地检测串口状态寄存器中的标志位（如TXE发送缓冲区空、RXNE接收缓冲区非空），根据状态来决定下一步操作。
优点：实现简单，代码流程直观，延迟稳定可预测。
缺点：在数据收发完成前，CPU被长期占用，无法执行其他任务，效率低下。

发送函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

huart: 串口实例指针（如 &huart1）
pData: 待发送数据缓冲区的首地址
Size: 待发送数据的字节数（定长）
Timeout: 超时时间（单位：毫秒）。若在指定时间内未完成发送，函数将返回超时错误。
返回值：函数执行状态（HAL_OK, HAL_ERROR, HAL_BUSY, HAL_TIMEOUT）

接收函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size, uint32_t Timeout);

参数与发送函数类似。
pData：用于存储接收数据的缓冲区首地址。
Size：期望接收数据的字节数。函数会一直等待，直到收够指定数量的数据或超时。

2. 中断模式

工作原理：CPU启动数据传输后便立即返回，继续执行主程序。当数据传输完成（如发送完成、接收完成）时，串口硬件会触发一个中断信号，CPU随即暂停当前任务，转而执行对应的中断服务程序和回调函数来处理后续事宜。
优点：不阻塞主程序，CPU利用率高，实时响应性好。
缺点：编程模型稍复杂，需要处理中断和回调。

发送函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Transmit_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

参数与轮询发送类似，但没有超时参数。函数启动发送后立即返回。

发送完成回调函数：

void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

当指定数量的数据全部发送完毕后，HAL库会在中断服务程序中自动调用此函数。
用户可以在此函数内编写发送完成后的操作，如点亮LED、启动下一次发送等。

接收函数：

HAL_StatusTypeDef HAL_UART_Receive_IT(UART_HandleTypeDef *huart, uint8_t *pData, uint16_t Size);

启动中断接收。函数会配置好接收缓冲区和长度，然后等待串口接收中断。

接收完成回调函数：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

当收够了指定数量（Size）的数据后，HAL库会自动调用此函数。
用户可以在此函数内处理刚刚接收到的完整一帧数据。

三、 不定长数据的接收

在实际应用中，数据长度往往是变化的。利用空闲中断是实现串口不定长数据接收的常用且高效的方法。

1. 空闲中断原理

空闲状态：在一帧数据传输结束后，通信线路（RX）会维持高电平，这个状态被称为“空闲状态”。
中断触发：当硬件检测到总线空闲状态持续时间大于一个字节的传输时间时，便会将空闲中断标志位（IDLE） 置1。
条件：如果此时空闲中断使能位（IDLEIE） 已被软件开启，就会触发串口空闲中断。

2. 实现流程

开启接收中断与空闲中断：在程序初始化时，不仅开启普通接收中断，还要使能空闲中断。
数据接收：每个字节到达时，都会触发接收中断，将数据存入用户定义的缓存数组中。
检测空闲：当一帧数据全部发送完毕，总线进入空闲状态，触发空闲中断。
处理数据：在空闲中断的服务程序或回调函数中，可以确定当前缓存数组中存储的数据就是一帧完整的不定长数据，随后将其取出处理（如打印、解析等）。
重启接收：处理完数据后，重新启动中断接收，等待下一帧数据。

四、 HAL库相关函数

通常通过 __HAL_UART_ENABLE_IT(huart, UART_IT_IDLE)使能空闲中断。
空闲中断触发后，会在中断服务程序中调用 HAL_UART_IRQHandler，用户可以在自己重写的 HAL_UARTEx_RxEventCallback回调函数中处理这帧不定长数据。

五、相关代码及分析

1. 输出重定向

使得在嵌入式系统中可以使用printf等标准输出函数，但实际输出会通过UART串口发送，而不是默认的控制台。

调用流程：printf("Hello") → 调用fputc逐字符输出 → HAL_UART_Transmit → UART1硬件发送

// 告诉编译器不要使用半主机模式（semihosting）
// 半主机模式是通过调试器进行输入输出的机制，在独立运行的嵌入式系统中需要禁用
#pragma import (__use_no_semihosting)

// 定义一个简化的FILE结构体
// 在标准库中FILE结构体很复杂，这里只需要满足链接器的最小要求
struct __FILE
{
	int handle;  // 文件句柄，在实际嵌入式应用中通常不会使用
};

// 声明标准输出文件流
// 这是C标准库中预定义的标准输出文件指针，链接器会使用这个变量
FILE __stdout;

// 重定义系统退出函数
// 在嵌入式系统中通常不需要程序退出，这个空函数防止链接器报错
void _sys_exit(int x)
{
	x=x;  // 空操作，只是为了避免"未使用参数"的编译器警告
}

// 重定向字符输出函数
// 这是最关键的函数，将标准输出的字符重定向到UART串口
int fputc(int ch, FILE *f)
{
  uint8_t temp[1] = {ch};  // 将要输出的字符存入临时数组
  HAL_UART_Transmit(&huart1, temp, 1, 2);   // 通过UART1发送字符
  return ch;  // 返回字符，符合fputc函数的原型要求
}

2. UART初始化函数

// UART1初始化函数
void MX_USART1_UART_Init(void)
{
  
  // 设置UART实例为USART1
  huart1.Instance = USART1;
  
  // 配置波特率为115200bps
  huart1.Init.BaudRate = 115200;
  
  // 设置数据字长为8位
  huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  
  // 设置停止位为1位
  huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  
  // 设置无奇偶校验
  huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  
  // 设置工作模式为发送和接收模式
  huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  
  // 设置硬件流控制为无（不使用RTS/CTS）
  huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  
  // 设置过采样率为16倍
  huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  
  // 调用HAL库的UART初始化函数，如果初始化失败则执行错误处理
  if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
  {
    // 初始化失败，调用错误处理函数
    Error_Handler();
  }
}

3. UART接收完成回调函数

UART接收完成回调函数属于STM32 HAL库的中断处理机制

UART接收数据 → 达到指定长度 → 产生中断 → HAL库处理 → 调用HAL_UART_RxCpltCallback → 执行用户代码

// UART接收完成中断回调函数
// 当UART接收到指定数量的数据后，会自动调用这个函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    // 检查触发回调的是否是USART1
    if(huart->Instance==USART1)
    {
        // 重新启动UART接收，准备接收6个字节的数据到rxBuffer
        HAL_UART_Receive(&huart1,(uint8_t *)&rxBuffer,6,1000);
        
        // 通过UART1发送tx_data中的数据，发送长度为字符串长度
        HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&tx_data,strlen(tx_data),1000);
    }
}

4. UART接收中止完成回调函数​​​​​​

触发条件：当UART接收被主动中止时调用

常见场景：调用HAL_UART_AbortReceive()函数，接收超时，通信错误

功能：将接收到的数据回显发送

用途：常用于调试或实现echo功能

UART接收中止完成回调函数
void HAL_UART_AbortReceiveCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
	if(huart->Instance==USART1)// 检查是否USART1的接收被中止
	{
		HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&rxBuffer,num,1000);// 将接收到的所有数据通过UART1发送回去
		HAL_UART_Receive_IT(&huart1,(uint8_t *)&rxBuffer,1);// 重新启动UART1的中断接收
		num=0;// 重置数据计数器为0
	}
}