NUCLEO F401RE的HAL_I2C_Mem_Read_DMA多读取问题及优化咨询

数据老陈

2026-6-16

基于STM32和LIS2DE加速度传感器的DMA读取问题

我正在做一个基于STM32和LIS2DE加速度传感器的项目，需求是每秒读取传感器寄存器数据并通过UART发送到Arduino IDE。但现在遇到问题：连续三次调用HAL_I2C_Mem_Read_DMA时，后两次无法正常工作。删除第一次调用后，只有第二次能运行，检查返回值是HAL_BUSY。

目前HAL_I2C_Master_Transmit_DMA和HAL_I2C_Master_Receive_DMA能正常工作，但教授建议用HAL_I2C_Mem_Read_DMA实现自动收发，所以想尝试这个方式。想请教两个问题：

分开用Transmit和Receive，还是用HAL_I2C_Mem_Read_DMA更好？原因是什么？
有没有方法一次性获取三轴数据？查 datasheet 看到了自动递增功能，但没找到示例。

已配置1秒定时器，开启了UART_TX、I2C_TX、I2C_RX的DMA，以及UART、TIM、I2C的事件中断，相关代码如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim){
    HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_X_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)&acc[0], 1);
    HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_Y_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)&acc[1], 1);
    HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_Z_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)&acc[2], 1);
}

void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef* hi2c){
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
        if(count==2){    // 每次Mem_Read触发一次中断，第三次回调后通过UART发送数据
        count = 0;

        len = snprintf(string, sizeof(string), "X: %+.3fg   Y: %+.3fg   Z: %+.3fg\n",
                acc[0] / 256.0 * 4.0,
                acc[1] / 256.0 * 4.0,
                acc[2] / 256.0 * 4.0);
        HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (unsigned char*)string, len);
         }
         else
                count++;
}

更新1

现在我改成了在TIM中断启动第一次读取，后续读取由前一次的完成回调触发，最后一次触发打印，用全局变量跟踪步骤。这个方案能工作，但感觉不够简洁，不过必须使用带DMA的I2C。代码如下：

#if VERSION == 2
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim){
    HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_X_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)(acc+count), 1);
    count++;
}

void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef* hi2c){
    switch(count){
        case 1:
            HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_Y_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)(acc+count), 1);
            count++;
            break;
        case 2:
            HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_Z_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)(acc+count), 1);
            count++;
            break;
        case 3:
            count=0;

            len = snprintf(string, sizeof(string), "X: %+.3fg   Y: %+.3fg   Z: %+.3fg, (Tot:%+.3fg | %+.3fm/s²)\n",
                    acc[0] / 256.0 * 4.0,
                    acc[1] / 256.0 * 4.0,
                    acc[2] / 256.0 * 4.0,
                    sqrt(pow(acc[0],2)+pow(acc[1],2)+pow(acc[2],2))/64.0,
                    sqrt(pow(acc[0],2)+pow(acc[1],2)+pow(acc[2],2))/64.0 * 9.80665);
            HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (unsigned char*)string, len);
    }
}
#endif

更新2

以下是main函数，其他代码为自动生成，加上了建议的回调函数：

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_TIM2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  if (HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, (uint8_t*)CTRL_REG1, sizeof(CTRL_REG1)) == HAL_OK)
      len = snprintf(string, sizeof(string), "LIS2DE found!\n");
  else{
      ACCEL_ADD = LIS2DE12_ADD;
      if (HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, (uint8_t*)CTRL_REG1, sizeof(CTRL_REG1)) == HAL_OK)
          len = snprintf(string, sizeof(string), "LIS2DE12 found!\n");
      else
          len = snprintf(string, sizeof(string), "Accelerator error!\n");
  }
  HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (unsigned char*)string, len);

  HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, (uint8_t*)CTRL_REG2, sizeof(CTRL_REG2));
  HAL_I2C_Master_Transmit_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, (uint8_t*)CTRL_REG4, sizeof(CTRL_REG4));

  TIM2->SR &= ~TIM_SR_UIF;          // or __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE); or HAL_Delay(500);
  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
#if VERSION == 3
      while (!timer_elapsed){/*do nothing*/}

      for (int i=0; i<3; i++){
          dma_complete = false;
          HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, regs[i], I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)(acc+i), 1);

          while (!dma_complete){/*do nothing*/}
      }

      len = snprintf(string, sizeof(string), "X: %+.3fg   Y: %+.3fg   Z: %+.3fg (Tot:%+.3fg | %+.3fm/s²)\n",
              acc[0] / 256.0 * 4.0,
              acc[1] / 256.0 * 4.0,
              acc[2] / 256.0 * 4.0,
              sqrt(pow(acc[0],2)+pow(acc[1],2)+pow(acc[2],2))/64.0,
              sqrt(pow(acc[0],2)+pow(acc[1],2)+pow(acc[2],2))/64.0 * 9.80665);
      HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (unsigned char*)string, len);

      timer_elapsed = false;
#endif
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

解答

1. `HAL_I2C_Mem_Read_DMA` vs 分开使用Transmit+Receive

HAL_I2C_Mem_Read_DMA是STM32 HAL库封装好的“先发送寄存器地址，再接收数据”的组合操作，内部已经处理了I2C传输的起始、停止等时序，比手动分开调用HAL_I2C_Master_Transmit_DMA和HAL_I2C_Master_Receive_DMA更简洁，也减少了手动维护传输状态的出错概率。

关键注意点：DMA模式下，同一I2C外设的DMA操作不能并发执行——这就是你一开始连续三次调用HAL_I2C_Mem_Read_DMA返回HAL_BUSY的原因：第一次调用还在DMA传输中，外设处于忙状态，后续调用自然失败。你的更新1方案（回调链式触发下一次读取）是正确的处理方式，这是DMA异步操作的标准流程，虽然代码量稍多，但逻辑严谨。

如果用分开的Transmit+Receive，你同样需要处理两次DMA操作的衔接（Transmit完成后再触发Receive），代码复杂度更高，所以优先选HAL_I2C_Mem_Read_DMA更符合教授的建议，也更合理。

2. 一次性读取三轴数据（利用自动递增功能）

LIS2DE的自动递增功能（CTRL_REG1的第7位auto_inc，置1后读取寄存器时地址会自动+1）开启后，你可以一次性读取3个字节的X、Y、Z轴数据，无需分三次调用：

实现步骤

初始化传感器时，确保CTRL_REG1的auto_inc位被置1（检查你的main代码中发送的CTRL_REG1配置值）。
简化TIM中断和回调函数：

// TIM中断回调中只需一行代码
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef* htim){
    HAL_I2C_Mem_Read_DMA(&hi2c1, ACCEL_ADD, OUT_X_ADD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, (uint8_t*)acc, 3);
}

// 接收完成回调直接处理数据发送
void HAL_I2C_MemRxCpltCallback(I2C_HandleTypeDef* hi2c){
    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_5);
    len = snprintf(string, sizeof(string), "X: %+.3fg   Y: %+.3fg   Z: %+.3fg, (Tot:%+.3fg | %+.3fm/s²)\n",
            acc[0] / 256.0 * 4.0,
            acc[1] / 256.0 * 4.0,
            acc[2] / 256.0 * 4.0,
            sqrt(pow(acc[0],2)+pow(acc[1],2)+pow(acc[2],2))/64.0,
            sqrt(pow(acc[0],2)+pow(acc[1],2)+pow(acc[2],2))/64.0 * 9.80665);
    HAL_UART_Transmit_DMA(&huart2, (unsigned char*)string, len);
}

这样既实现了单次DMA读取三轴数据，代码更简洁，还减少了I2C总线的起始/停止次数，传输效率更高。

3. 关于你的更新1方案

这个方案是可行的，是处理多步DMA异步操作的常规手段，但利用自动递增功能后可以进一步简化，不需要维护count变量和链式回调，代码逻辑更清晰。

4. 额外注意事项

确保传感器的自动递增位配置正确，否则一次性读取3个字节会得到重复的同一寄存器数据。
DMA传输的目标缓冲区（acc数组）要保证在传输过程中不被修改，建议定义为全局变量或静态变量。
使用UART_DMA发送时，要确保上一次UART传输完成后再发送新数据，避免HAL_BUSY错误（可以在HAL_UART_TxCpltCallback中设置标志位，或者检查huart2.State是否为HAL_UART_STATE_READY）。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Rob99

NUCLEO F401RE的HAL_I2C_Mem_Read_DMA多读取问题及优化咨询

更新1 #

更新2 #

1. HAL_I2C_Mem_Read_DMA vs 分开使用Transmit+Receive #

2. 一次性读取三轴数据（利用自动递增功能） #

实现步骤 #

3. 关于你的更新1方案 #

4. 额外注意事项 #

更新1

更新2

1. `HAL_I2C_Mem_Read_DMA` vs 分开使用Transmit+Receive

2. 一次性读取三轴数据（利用自动递增功能）

实现步骤

3. 关于你的更新1方案

4. 额外注意事项