ARM学习笔记－－通用异步收发器UART

 摘自：《嵌入式Linux应用开发完全手册》——韦东山

一、UART原理及UART部件使用方法

1、UART原理

通用异步收发器UART，用来传输串行数据：

        发送数据时，CPU将并行数据写入UART，UART按照一定格式在TxD线上串行发出；

        接收数据时，UART检测到RxD线上的信号，将串行收集放到缓冲区中，CPU即可读取UART获得的这些数据。

UART最精简的连线只有3根电线，TxD用于发送，RxD用于接收，Gnd用于提供参考电平。TxD和RxD数据线以“位”为最小传输单位。

帧由具有完整意义的若干位组成，它包含开始位、数据位、校验位和停止位；发送数据之前，UART之间要约定好数据传输速率（波特率的倒数）、数据的传输格式（多少个数据位、是否使用校验位、奇校验还是偶校验、多少个停止位）。

 

数据传输流程如下：

1）通常数据线处于空闲状态（1状态）

2）当要发送数据时，UART改变TxD数据线的状态（0状态）并维持1位的时间，接收方检测到开始位后，再等待1.5位的时间开始一位一位地检测数据线的状态得到所传输的数据。

3）UART一帧中可能有5-8位的数据，发送方一位一位地改变数据线的状态将它们发出去，首先发送最低位

4）如果使用校验功能，UART发送完数据后，还要发送1个校验位。使用奇校验或者偶校验，即统计数据位连同校验位中，1的总数是奇数还是偶数

5）最后，发送停止位，数据线恢复到空闲状态（1状态），停止位长度有3种，1位、1.5位、2位

 

2、S3C2440 UART的特性

S3C2440的UART有3个独立通道，每个通道可以工作于中断模式或DMA模式，UART由波特率发生器、发送器、接收器、控制逻辑组成。

S3C2440 UART的FIFO深度为64，发送数据时，CPU先将数据写入发送FIFO中，然后UART会自动将FIFO中的数据复制到“发送移位器”中，发送移位器将数据一位一位发送到TxDn数据线上。接收数据时，“接收移位器”将RxDn数据线上的数据一位一位地接收进来，然后复制到接收FIFO中，CPU即可从中读取数据。

3、S3C2440 UART的使用

        对于S3C2440，使用UART之前，需要设置波特率、传输格式（多少个数据位、是否使用校验位、奇校验或偶校验、多少个停止位、是否使用流量控制）、选择所涉及的管脚为UART功能、选择UART通道的工作模式为中断模式或DMA模式。设置好之后，往相关寄存器写入数据即可发送，读取相关寄存器即可接收到数据。通过查询状态寄存器或设置中断来获知数据是否发送完毕、是否接收到数据。

1）UART通道管脚设为UART功能

        UART通道0中，GPH2、GPH3分别用于TxD0、RxD0，使用UART通道0时，先设置GPHCON寄存器将GPH2、GPH3引脚的功能设为TxD0、RxD0。

2）UBRDIVn寄存器：设置波特率

S3C2440 UART的时钟源有两种选择：PCLK、UEXTCLK、FCLK/n，其中n的值通过UCON0-UCON2联合设置

UBRDIVn = (int)(UART clock)/(buad rate × 16)) - 1

3）ULCONn寄存器：设置传输格式

4）UCONn寄存器

        它用于选择UART时钟源、设置UART中断方式

5）UFCONn寄存器、UFSTATn寄存器

        UFCONn寄存器用于设置是否使用FIFO，设置各FIFO的触发阙值，即发送FIFO中有多少个数据时产生中断、接收FIFO中有多少个数据时产生中断。并可以通过设置UFCONn寄存器来复位各个FIFO。

        读取UFSTATn寄存器可以知道各个FIFO是否已经满，其中有多少个数据。

6）UMCONn寄存器、UMSTATn寄存器

这两类寄存器用于流量控制，具体看数据手册

7）UTRSTATn寄存器

它用来表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据

8）UERSTATn寄存器

        用来表示各种错误是否发生

9）UTXHn寄存器

CPU将数据写入这个寄存器，UART即会将它保存到缓冲区中，并自动发送出去

10）URXHn寄存器

当UART接收到数据时，CPU读取这个寄存器，即可获得数据。

 

二、UART操作实例

本实例实现，在串口输入一个字符，开发板接收到后，从串口输出。

初始化代码和前一章类似，不在重复，在main函数中调用uart0_init()对串口进行初始化

 

//main.c

#include "serial.h"

int main()
{
    unsigned char c;
    uart0_init();   // 波特率115200，8N1(8个数据位，无校验位，1个停止位)

    while(1)
    {
        // 从串口接收数据后，判断其是否数字或字母，若是则输出
        c = getc();
        putc(c);
    }

    return 0;
}
 

//serial.c

#include "s3c24xx.h"
#include "serial.h"

#define TXD0READY   (1<<2)
#define RXD0READY   (1)

#define PCLK            50000000    // init.c中的clock_init函数设置PCLK为50MHz
#define UART_CLK        PCLK        //  UART0的时钟源设为PCLK
#define UART_BAUD_RATE  115200      // 波特率
#define UART_BRD        ((UART_CLK  / (UART_BAUD_RATE * 16)) - 1)

/*
 * 初始化UART0
 * 115200,8N1,无流控
 */
void uart0_init(void)
{
    GPHCON  |= 0xa0;    // GPH2,GPH3用作TXD0,RXD0
    GPHUP   = 0x0c;     // GPH2,GPH3内部上拉

    ULCON0  = 0x03;     // 8N1(8个数据位，无较验，1个停止位)
    UCON0   = 0x05;     // 查询方式，UART时钟源为PCLK
    UFCON0  = 0x00;     // 不使用FIFO
    UMCON0  = 0x00;     // 不使用流控
    UBRDIV0 = UART_BRD; // 波特率为115200
}

/*
 * 发送一个字符
 */
void putc(unsigned char c)
{
    /* 等待，直到发送缓冲区中的数据已经全部发送出去 */
    while (!(UTRSTAT0 & TXD0READY));
    
    /* 向UTXH0寄存器中写入数据，UART即自动将它发送出去 */
    UTXH0 = c;
}

/*
 * 接收字符
 */
unsigned char getc(void)
{
    /* 等待，直到接收缓冲区中的有数据 */
    while (!(UTRSTAT0 & RXD0READY));
    
    /* 直接读取URXH0寄存器，即可获得接收到的数据 */
    return URXH0;
}