裸机系列-UART串口

开始前，线路处于空闲状态，送出连续“1”。传送开始时首先发一个“0”作为起始位，

然后出现在通信线桑的时字符的二进制编码数据。

每个字符的数据位长可以约定为：5 位、6 位、7 位或 8 位，一般采用 ASCII 编码，后

面时奇偶校验位，根据约定，用奇偶校验位将所传的字符中为“1”的位数凑成奇数个或偶

数个。也可以约定不要奇偶校验，这样就取消奇偶校验位。

最后时表示停止位的“1”信号，这个停止位可以约定连续 1 位、1.5 位或 2 位的时间宽

度。

至此一个字符传送完毕，线路又进入空闲，持续为“1”。经过一段随机的时间后，下一

个字符开始传送。

传输速率

每一个数据位的宽度定于发送波特率的倒数。微机异步串行通信中，常用的波特率为110、150、300、600、1200、2400、4800、9600、57600、115200 等。

电气特性

要完成基本的通信功能，实际上值需要 RXD、TXD 和 GND 即可，但由于 RS－232－C标准所定义的高、低电平信号于 S3C2410A 系统的 LVTTL 电路定义的高、低电平信号完全不同，LVTTL 的标准逻辑“1”对应 2－3.3V，标准逻辑“0”对应 0－0.4V，而 RS-232-C

标准采用负逻辑方式，逻辑“1”对应－5――15V，标准逻辑“0”对应＋5－＋15V。显然

两者间要进行通信，必须经过电平的转换，转换芯片采用 max232

串口通信

当通信距离较近时，只需使用少数几根信号线就可实现数据通信。最简单的情况只需三

根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信。

无 Modem 时，最大通信距离按如下方式计算：RS-232C 标准规定，当误码率小于 4%

时，要求导线的电容值应小于 2500PF。对于普通导线，其电容值约为 170PF/M。则允许距

离 L=2500PF/（170PF/M）=15M

这一距离的计算，是偏于保守的，实际应用中，当使用 9600bps，普通双绞屏蔽线时，

距离可达 30~35 米。

零 Modem 的最简连线（3 线制）

下图是零 MODEM 方式的最简单连接（即三线连接），图中的 2 号线与 3 号线交叉连接

是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。在这种方

式下，通信双方的任何一方，只要请求发送 RTS 有效和数据终端准备好 DTR 有效就能开始

发送和接收。

（1）RTS 与 CTS 互联：只要请求发送，立即得到允许

（2）DTR 与 DSR 互联：只要本端准备好，认为本端立即可以接收（DSR、数传机准备好）

S3C2410A 的 UART 介绍

S3C2410A 的 UART（通用异步串行接口）单元提供了三个独立的异步串行 I/O 端口，

每个都可以在中断和 DMA 两种模式下进行，他们支持的最高波特率是 115.2Kbps。每个

UART 通道包含 2 个 16 位 FIFO 分别提供个接收和发送。

S3C2410A 的 UART 可以进行以下参数的设置：可编程的波特率，红外收/发模式，1 或

2 个停止位，5 位、6 位、7 位或 8 位数据宽度和奇偶校验.

每个 UART 包含波特率发生器、接收器，发送器和控制单元。波特里发生器以 MCLK

为时钟源。发送器和接收器包含 16 字节 FIFO 寄存器和移位寄存器，当发送数据的时候，

数据先写道 FIFO，然后拷贝到发送移位寄存器，然后从数据输出端口（TxDn）依次被移位

输出。被接收的数据也同样从接收端口（RxDn）移位输入到移位寄存器，然后拷贝到 FIFO

中。

数据发送操作

数据发送帧的格式是可编程的，它包含一个开始位，5 到 8 个数据位，一个可选的奇偶位和一个或两个停止位，这些可以通过线性控制器（UCONn）来设置。发送器也能够产生发送中止条件。中止条件迫使串口输出保持在逻辑 0 状态，这种状态保持一个传输帧的时间长度。通常在一帧传输数据完整地传输完之后，在通过这个全 0 的状态将中止信号发送给对方。中止信号发送之后，传送数据连续放到 FIFO 中（在不使用 FIFO 模式下，将被放到输出保持寄存器）。

数据接收操作

与数据发送一样，数据接收的帧也是可以编程的，它包含一个开始位，5 到 8 个数据，

一个可选的奇偶位和一位到两位停止位，他们是通过线性控制器（ULCONn）来设置的。接

收器能够检测溢出错误，奇偶检验错误，帧错误和中止状况，每种情况下都将会产生一个错

误标志置位。

波特率发生器

每个 UART 的波特率发生器为传输提供了串行移位时钟。波特率产生器的时钟源可以

从 S3C2410A 的内部系统时钟或 UCLK 中来选择。波特率由时钟源（PCLK 或 UCLK）16分频和 UART 波特率除数寄存器（UBRDIn）指定的 16 位除数决定。UBRDIn 的置可以按

照下式确定：

UBRDIn＝（int）（PCLK/(bps*16)）－1

除数的范围为 1 到（16**2－1）。例如，如果波特率为 115200bps 且 PCLK 或 UCLK 为

50MHz，则 UBRDIn 为：

UBRDIn ＝（int）（50000000/（115200×16））－1

＝（int）（27.1）－1

＝26

S3C2410 的 UART 相关寄存器

ULCONn――串口线性控制寄存器

线性控制寄存器主要用来规定传输帧的格式。下面表格所进哦线性控制寄存器的地址和

位定义

下面我们就给出如何用s3c2440来实现非FIFO的UART通信。要实现某种通信，就必须遵循该通信协议。UART的协议包括传输数据的位数，停止位的位数，以及是否进行奇偶校验，这些设置是利用ULCONn寄存器完成的。另一个很重要的地方就是设置波特率。s3c2440波特率的时钟源有三个：PCLK、FCLK/n和UEXTCLK。时钟源的选择是由UCONn的第10位和第11位来完成的。波特率的具体计算公式为：

时钟源频率÷（波特率×16）－1

这个计算结果很可能是小数，把该小数取最接近的整数，放入寄存器UBRDIVn中就完成了波特率的设置。如我们选择波特率的时钟源为PCLK，它为50MHz，我们设置的波特率为115.2kHz，通过上式计算的结果为26.13，取整后得到26，那么我们把26放入UBRDIVn中即可。由于我们没有使用FIFO和MODEM，所以可以不用设置FIFO控制寄存器UFCONn和MODEM控制寄存器UMCONn。通过以上寄存器的设置，UART就可以正常传输数据。

 

接收到的数据是放到接收缓存器URXHn中，要发送数据时，是把数据放入发送缓存器UTXHn中。由于UART是通过字节方式传输数据的，因此要区分是大端模式还是小端模式，也就是说这两个寄存器在这两种模式下，所在的地址是不同。为了了解当前数据传输的各种状态，还需要一些状态寄存器。传输状态寄存器UTRSTATn非常有用，它的第0位可以用来判断接受缓存器内是否有可接收的数据，第1位和第2位可以用来判断发送缓存器中是否为空，为空时可以发送数据。由于在这里我们不进行传输数据时错误的判断，因此错误状态寄存器UERSTATn不需要，FIFO状态寄存器UFSTATn和MODEM状态寄存器UMSTATn在这里也不需要。

 

       我们给出UART通信的两种方法：查询和中断。为了验证程序，使用任一款的串行通信软件来实现PC和s3c2440之间的通信即可。

 

       首先给出的是查询程序。它是在主程序的循环体内不断查询UART端口，当有数据来时，就接收数据，并再通过UART发送该数据。然后根据所接收数据的不同，分别执行不同的内容，如点亮、熄灭LED，蜂鸣器响、或不响。在这里，我们每次只完成一个字节的传输。

#define rGPBCON    (*(volatile unsigned *)0x56000010)      //Port B control

#define rGPBDAT    (*(volatile unsigned *)0x56000014)       //Port B data

#define rGPBUP     (*(volatile unsigned *)0x56000018) //Pull-up control B

 

#define rGPHCON    (*(volatile unsigned *)0x56000070)      //Port H control

#define rGPHUP     (*(volatile unsigned *)0x56000078)       //Pull-up control H

 

#define rULCON0     (*(volatile unsigned *)0x50000000)     //UART 0 Line control

#define rUCON0      (*(volatile unsigned *)0x50000004)     //UART 0 Control

#define rUFCON0     (*(volatile unsigned *)0x50000008)     //UART 0 FIFO control

#define rUMCON0     (*(volatile unsigned *)0x5000000c)    //UART 0 Modem control

#define rUTRSTAT0   (*(volatile unsigned *)0x50000010)      //UART 0 Tx/Rx status

#define rUERSTAT0   (*(volatile unsigned *)0x50000014)      //UART 0 Rx error status

#define rUFSTAT0    (*(volatile unsigned *)0x50000018)      //UART 0 FIFO status

#define rUMSTAT0    (*(volatile unsigned *)0x5000001c)      //UART 0 Modem status

#define rUBRDIV0    (*(volatile unsigned *)0x50000028)     //UART 0 Baud rate divisor

 

//little endian

#define rUTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020) //UART 0 Transmission Hold

#define rURXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024) //UART 0 Receive buffer

 

void Main(void)

{

       char ch;

       rGPBCON = 0x015551;

rGPBUP  = 0x7ff;

rGPBDAT = 0x1e0;

    

rGPHCON = 0x00faaa;                //使用UART0功能

rGPHUP  = 0x7ff;

 

rULCON0 = 0x3;             //设置UART0无奇偶校验，一位停止位，8位数据

rUCON0 = 0x245;         //PCLK为时钟源，接收和发送数据为查询或中断方式

rUFCON0 = 0;                     //

rUMCON0 = 0;                    //

rUBRDIV0 = 26;       //设置波特率，PCLK为50MHz，波特率为115.2kHz

    

while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));       //等待并判断发送缓存是否为空

       rUTXH0 = 0xaa;                         //是空，则发送0xAA字节

 

while(1)

{

       while(!(rUTRSTAT0 & 0x1)); //等待并判断接收缓存是否准备好

ch = rURXH0;                     //接收一个字节数据

       while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));      //等待并判断发送缓存是否为空

            rUTXH0 = ch;                     //发送一个字节数据

 

switch(ch)             //根据所接收数据的不同，执行不同的程序

        {

        case 0x11:              //灭LED

                rGPBDAT |= 0x1e0; 

        break;

            case 0x22:             //亮LED

               rGPBDAT &= 0x1f;

                break;

        case 0x33:             //蜂鸣器不响

              rGPBDAT &= 0x1e0;

              break;

            case 0x44:             //蜂鸣器响

               rGPBDAT |= 0x1;

               break;

            default:                 //LED灭，蜂鸣器不响

               rGPBDAT = 0x1e0;

                break;

}

} 

}

下面是UART中断程序，它要比查询复杂一些，因为涉及到了中断处理，并且UART发送数据和接收数据是一个中断源。主程序循环体内不执行任何程序，都在UART中断程序内执行。当接收到0x55字节数据时，亮两个LED，当接收到其他数据时，发送该字节，并在发送部分执行亮4个LED程序。

#define _ISR_STARTADDRESS 0x33ffff00

#define pISR_UART0           (*(unsigned *)(_ISR_STARTADDRESS+0x90))

#define U32 unsigned int

 

#define rGPBCON    (*(volatile unsigned *)0x56000010)      //Port B control

#define rGPBDAT    (*(volatile unsigned *)0x56000014)       //Port B data

#define rGPBUP     (*(volatile unsigned *)0x56000018) //Pull-up control B

 

#define rGPHCON    (*(volatile unsigned *)0x56000070)      //Port H control

//#define rGPHDAT    (*(volatile unsigned *)0x56000074)     //Port H data

#define rGPHUP     (*(volatile unsigned *)0x56000078)       //Pull-up control H

 

#define rULCON0     (*(volatile unsigned *)0x50000000)     //UART 0 Line control

#define rUCON0      (*(volatile unsigned *)0x50000004)     //UART 0 Control

#define rUFCON0     (*(volatile unsigned *)0x50000008)     //UART 0 FIFO control

#define rUMCON0     (*(volatile unsigned *)0x5000000c)    //UART 0 Modem control

#define rUTRSTAT0   (*(volatile unsigned *)0x50000010)      //UART 0 Tx/Rx status

#define rUERSTAT0   (*(volatile unsigned *)0x50000014)      //UART 0 Rx error status

#define rUFSTAT0    (*(volatile unsigned *)0x50000018)      //UART 0 FIFO status

#define rUMSTAT0    (*(volatile unsigned *)0x5000001c)      //UART 0 Modem status

#define rUBRDIV0    (*(volatile unsigned *)0x50000028)     //UART 0 Baud rate divisor

 

//little endian

#define rUTXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000020) //UART 0 Transmission Hold

#define rURXH0 (*(volatile unsigned char *)0x50000024) //UART 0 Receive buffer

 

 

#define rSRCPND     (*(volatile unsigned *)0x4a000000)     //Interrupt request status

#define rINTMSK     (*(volatile unsigned *)0x4a000008)      //Interrupt mask control

#define rINTPND     (*(volatile unsigned *)0x4a000010)      //Interrupt request status

#define rSUBSRCPND  (*(volatile unsigned *)0x4a000018)    //Sub source pending

#define rINTSUBMSK  (*(volatile unsigned *)0x4a00001c)    //Interrupt sub mask

 

void __irq uartISP(void)

{

       char ch;

       

       rSUBSRCPND |= 0x3;

       rSRCPND = 0x1<<28;

       rINTPND = 0x1<<28;

       

       if(rUTRSTAT0 & 1)             //接收数据处理部分

       {

              ch = rURXH0;                     //接收字节数据

              if(ch==0x55)

                     rGPBDAT = ~0x61;       //亮两个LED

              else

                     rUTXH0 = ch;                     //发送字节数据

       }

       else               //发送数据处理部分

       {

              rGPBDAT = ~0x1e1;            //亮4个LED

       }     

}

 

void Main(void)

{

       

       rGPBCON = 0x015551;

rGPBUP  = 0x7ff;

       rGPBDAT = 0x1e0;

    

rGPHCON = 0x00faaa;

       rGPHUP  = 0x7ff;

    

rULCON0 = 0x3;

rUCON0 = 0x5;

rUFCON0 = 0;

rUMCON0 = 0;

rUBRDIV0 = 26;

    

rSRCPND = 0x1<<28;

rSUBSRCPND = 0x3;

rINTPND = 0x1<<28;

rINTSUBMSK = ~(0x3);             //打开UART0发送和接收中断屏蔽

rINTMSK = ~(0x1<<28);            //打开UART0中断屏蔽

            

pISR_UART0 = (U32)uartISP;

        

while(1)

    {

                     

} 

}

最后还要强调几点关于非FIFO模式下UART中断的一些注意事项：

1. 对于s3c2440来说，接收数据是被动的，发送数据是主动的，因此一般来说，接收数据用中断方式，发送数据用查询方式较好；

2. 在中断方式下，当接收到数据时，尽管可能该数据无用，但也一定要读取它，否则下次再接收数据时，不会再引起中断，因为接收数据缓存器被上次接收到的数据所霸占，只要没有读取它，它就永远在那里；

3. 由于UART中断涉及到SUBSRCPND寄存器，因此在中断处理程序中不仅要清SRCPND寄存器，还要清SUBSRCPND寄存器，它们的顺序一定是先清SUBSRCPND寄存器，再清SRCPND寄存器，否则就会引起一个中断两次响应的问题。因为是否中断由SRCPND寄存器决定，而SRCPND寄存器的相关状态位由SUBSRCPND寄存器决定，如果先清SRCPND寄存器，而还没有清SUBSRCPND寄存器的话，SRCPND寄存器的相关位还是会被置1，而一旦被置1，则一定还会引起中断。