4. GPIO的LL库驱动开发

UART 这玩意儿，可以说是嵌入式开发里最常用的外设了。调试打印、跟传感器聊天、和蓝牙模块对接……哪哪都离不开它。我个人习惯把 UART 驱动分成四个层次来写：轮询、中断、DMA，还有一个是低功耗下的特殊玩法。今天咱们就把前三种聊透。

4.1 LL 库 UART 初始化流程

先说说初始化。LL 库的初始化分三步走：时钟使能、GPIO 配置、UART 参数设置。嗯，这里要注意——顺序不能乱。

// 第一步：使能时钟
LL_APB1_GRP1_EnableClock(LL_APB1_GRP1_PERIPH_USART2);
LL_AHB1_GRP1_EnableClock(LL_AHB1_GRP1_PERIPH_GPIOA);

// 第二步：配置 GPIO（TX - PA2, RX - PA3）
LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_2, LL_GPIO_MODE_ALTERNATE);
LL_GPIO_SetPinSpeed(GPIOA, LL_GPIO_PIN_2, LL_GPIO_SPEED_FREQ_HIGH);
LL_GPIO_SetPinOutputType(GPIOA, LL_GPIO_PIN_2, LL_GPIO_OUTPUT_PUSHPULL);
LL_GPIO_SetAFPin_0_7(GPIOA, LL_GPIO_PIN_2, LL_GPIO_AF_7);

LL_GPIO_SetPinMode(GPIOA, LL_GPIO_PIN_3, LL_GPIO_MODE_ALTERNATE);
LL_GPIO_SetAFPin_0_7(GPIOA, LL_GPIO_PIN_3, LL_GPIO_AF_7);

// 第三步：配置 UART 参数
LL_USART_InitTypeDef USART_InitStruct = {0};
USART_InitStruct.BaudRate = 115200;
USART_InitStruct.DataWidth = LL_USART_DATAWIDTH_8B;
USART_InitStruct.StopBits = LL_USART_STOPBITS_1;
USART_InitStruct.Parity = LL_USART_PARITY_NONE;
USART_InitStruct.TransferDirection = LL_USART_DIRECTION_TX_RX;
USART_InitStruct.HardwareFlowControl = LL_USART_HWCONTROL_NONE;
USART_InitStruct.OverSampling = LL_USART_OVERSAMPLING_16;
LL_USART_Init(USART2, &USART_InitStruct);

// 最后使能
LL_USART_Enable(USART2);

我在项目里遇到过一个问题：GPIO 的复用功能（AF）配错了，结果 TX 死活不出波形。你想想看，STM32 的引脚复用功能有好几组，AF7 和 AF8 差一个数字，出来的外设就完全不一样了。所以配完 GPIO 之后，我建议你先用逻辑分析仪抓一下 TX 引脚——如果没波形，八成是 AF 配错了。

初始化步骤	LL 库函数	常见坑点
时钟使能	LL_APBx_GRP1_EnableClock()	USART1 在 APB2，USART2/3 在 APB1
GPIO 模式	LL_GPIO_SetPinMode()	TX 要配成推挽输出，RX 不用配输出类型
复用功能	LL_GPIO_SetAFPin_0_7()	不同芯片 AF 号不同，查数据手册
UART 参数	LL_USART_Init()	波特率误差超过 3% 会丢数据
使能外设	LL_USART_Enable()	必须在所有配置之后才使能

4.2 轮询模式收发

轮询模式最简单，说白了就是 CPU 死等。发送的时候一直检查发送寄存器是否为空，接收的时候一直等数据进来。这种模式在裸机调试阶段特别好用，但正式产品里我基本不用——太浪费 CPU 了。

// 轮询发送一个字节
void uart_send_byte_poll(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t data)
{
    // 等待发送数据寄存器为空
    while(!LL_USART_IsActiveFlag_TXE(USARTx));
    // 写入数据
    LL_USART_TransmitData8(USARTx, data);
}

// 轮询接收一个字节
uint8_t uart_recv_byte_poll(USART_TypeDef *USARTx)
{
    // 等待接收数据寄存器非空
    while(!LL_USART_IsActiveFlag_RXNE(USARTx));
    // 读取数据
    return LL_USART_ReceiveData8(USARTx);
}

轮询模式适合什么场景？调试打印、初始化阶段的设备自检、或者你知道对方一定会回复的短数据交换。说白了就是「我知道你肯定会来，我就在这等你」。

4.3 中断模式收发

中断模式就灵活多了。CPU 不用死等，数据来了会触发中断，你在中断服务函数里处理就行。我个人习惯把接收中断和发送中断分开配——接收中断常开，发送中断只在有数据要发的时候才开。

// 使能接收中断
LL_USART_EnableIT_RXNE(USART2);

// 中断服务函数
void USART2_IRQHandler(void)
{
    uint8_t data;
    
    // 检查是否是接收中断
    if(LL_USART_IsActiveFlag_RXNE(USART2) && LL_USART_IsEnabledIT_RXNE(USART2))
    {
        data = LL_USART_ReceiveData8(USART2);
        // 把数据放入环形缓冲区
        ring_buffer_push(&rx_buffer, data);
    }
    
    // 检查是否是发送完成中断
    if(LL_USART_IsActiveFlag_TC(USART2) && LL_USART_IsEnabledIT_TC(USART2))
    {
        // 如果还有数据要发，继续发；否则关闭发送中断
        if(!ring_buffer_is_empty(&tx_buffer))
        {
            LL_USART_TransmitData8(USART2, ring_buffer_pop(&tx_buffer));
        }
        else
        {
            LL_USART_DisableIT_TC(USART2);
        }
    }
}

这里有个细节——接收中断里一定要先判断中断标志位是否置位，再判断中断是否使能。为什么？因为有时候硬件标志位已经置位了，但你还没来得及使能中断，这时候进去处理就会出问题。嗯，这是我在一个工控项目里踩过的坑。

4.4 DMA 模式收发

DMA 模式是最高效的——CPU 只需要告诉 DMA 控制器「把这段数据发出去」或者「把收到的数据放到这里」，然后就撒手不管了。DMA 自己搬运数据，搬完了给你一个中断通知。

// 配置 DMA 发送
void uart_dma_send(USART_TypeDef *USARTx, uint8_t *data, uint32_t len)
{
    // 等待上一次 DMA 传输完成
    while(LL_DMA_IsEnabledChannel(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4));
    
    // 配置 DMA
    LL_DMA_ConfigTransfer(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4,
        LL_DMA_DIRECTION_MEMORY_TO_PERIPH |
        LL_DMA_MODE_NORMAL |
        LL_DMA_PERIPH_NOINCREMENT |
        LL_DMA_MEMORY_INCREMENT |
        LL_DMA_PDATAALIGN_BYTE |
        LL_DMA_MDATAALIGN_BYTE |
        LL_DMA_PRIORITY_HIGH);
    
    LL_DMA_SetDataLength(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4, len);
    LL_DMA_SetMemoryAddress(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4, (uint32_t)data);
    LL_DMA_SetPeriphAddress(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4, (uint32_t)&USARTx->DR);
    
    // 使能 DMA 发送完成中断
    LL_DMA_EnableIT_TC(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4);
    
    // 使能 DMA 通道
    LL_DMA_EnableChannel(DMA1, LL_DMA_CHANNEL_4);
    
    // 使能 UART 的 DMA 发送
    LL_USART_EnableDMAReq_TX(USARTx);
}

DMA 模式有个关键点——DMA 通道和 UART 的对应关系。不同的 STM32 型号，UART 的 TX 和 RX 对应的 DMA 通道可能不一样。我建议你直接查参考手册的 DMA 请求映射表，别靠猜。

模式	CPU 占用率	实时性	适用场景
轮询	高（100% 占用）	差（会阻塞）	调试、短数据、确定时序
中断	中（进出中断有开销）	好（不阻塞主循环）	不定长数据、交互式通信
DMA	低（几乎不占 CPU）	最好（硬件搬运）	大数据量、高速通信、低功耗

4.5 三种模式的选择策略

说实话，没有哪种模式是万能的。我一般这样选：

• 调试阶段：轮询模式，简单粗暴，出问题好排查
• 产品原型：中断模式，灵活够用，代码量适中
• 正式产品：DMA 模式，尤其是低功耗场景，CPU 能多睡一会儿就多睡一会儿

你想想看，如果你的设备用电池供电，CPU 每多跑一毫秒，电池就少活几分钟。DMA 模式让 CPU 从数据搬运的苦力活里解放出来，该睡就睡，这才是低功耗设计的精髓。