基于jz2440的串口使用

搬砖的文章
概述
- UART的发送和接收
- 串口之间的数据传输
- UART的用途
- 串口的数据帧参数说明
- - 起始位
  - 数据位
  - 奇偶校验位
  - 停止位
  - 波特率
- 怎么发送一字节数据，比如‘A‘?
- UART的优缺点
- - 优点
  - 缺点
UART相关配置寄存器
- ULCONn：线路控制寄存器
- UCONn：控制寄存器
- UFCONn：FIFO控制寄存器
- UMCONn：MODEM控制寄存器
- UTRSTATn：收发状态寄存器
- UERSTATn：错误状态寄存器
- UFSTATn：FIFO状态寄存器
- UMSTATn：Modem状态寄存器
- UTXHn/URXHn：传输缓冲寄存器
- UBRDIV：波特率除数寄存器
- 关于中断
- FIFO与非FIFO的区别
- 自动流控制（AFC）
UART通讯编程

搬砖的文章

我只是代码的搬运工，为了学习而做的笔记。若是大家有补充的，希望留言，我会一一补充，下面的都是搬砖的文章，都非常优秀，建议查看

1、收藏！了解UART总线工作原理看这一篇就够了！
2、Part4:串口(UART)通信原理与硬件编程
3、韦东山——第011课 Jz2400串口(UART)的使用
4、UART原理
5、ARM硬件结构
6、UART串口异步通信驱动编程
7、s3c2440A开发板UART总结以及UART代码详解（寄存器方面）

概述

UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)是一种异步串口IO端口（Asynchronous Serial I/O PORT），每个SOC上可支持多个独立的UART，每个独立的UART的特性如下：
（1）每个UART PORT可基于中断或者DMA来工作，也就是UART可生成中断或者DMA请求，再内存和UART间进行数据的传输；
（2）可编程的波特率、红外传输（接收）、1~2个停止位、5-8个bit数据位宽、校验位（奇偶校验）
（3）主要组成部分是控制单元，接收器、发送器，发送器，波特率生成器

要发送数据时，CPU控制内存要发送的数据通过FIFO传给UART单位，UART里面的移位器，依次将数据发送出去，在发送完成后产生中断提醒CPU传输完成。

接收数据时，获取接收引脚的电平，逐位放进接收移位器，再放入FIFO，写入内存。在接收完成后产生中断提醒CPU传输完成。

UART的发送和接收

UART传输数据依靠的是UART总线，数据总线用于通过CPU，存储器或微控制器等其他设备将数据发送到UART。数据以并行形式从数据总线传输到发送UART。在发送UART从数据总线获得并行数据之后，它将添加起始位，奇偶校验位和停止位，从而创建数据包。接下来，数据包在Tx引脚上逐位串行输出。UART接收端则在其Rx引脚上逐位读取数据包。然后，接收UART将数据转换回并行形式，并删除起始位，奇偶校验位和停止位。最后，接收UART将数据包并行传输到接收端的数据总线。

串口之间的数据传输

通过TxD->RxD把ARM开发板要发送的信息发送给PC机。
通过RxD->TxD线把PC机要发送的信息发送给ARM开发板。
最下面的地线统一参考地。

UART的用途

打印调试信息；
外接各种模块：GPS、蓝牙；

串口的数据帧参数说明

UART传输的数据被组织成数据包。每个数据包包含1个起始位，5到9个数据位（取决于UART），可选的奇偶校验位以及1或2个停止位：

起始位

当UART数据传输线不传输数据时，它通常保持在高电压电平。为了开始数据传输，发送UART将传输线从高电平拉至低电平一个时钟周期。当接收UART检测到高电压到低电压转换时，它开始以波特率的频率读取数据帧中的位。

由1个逻辑 0 的数据位表示
先发出一个逻辑“0”的信号，表示传输字符开始。

数据位

数据框包含要传输的实际数据。如果使用奇偶校验位，则它可以是5位到8位长。如果不使用奇偶校验位，则数据帧可以是9位长。在大多数情况下，数据首先以最低有效位发送。

在起始位后紧接着的就是有效数据，有效数据的长度常被约定为 5、 6、 7 或 8 位长

奇偶校验位

奇偶校验描述数字的均匀性或奇数。奇偶校验位是接收UART在传输过程中判断是否有任何数据发生变化的一种方法。电磁辐射、不匹配的波特率或长距离传输时，数据都有可能发生变化。接收UART读取数据帧后，它会计算值为1的位数，并检查总数是偶数还是奇数。如果奇偶校验位为0（偶校验），则数据帧中的1位应总计为偶数。如果奇偶校验位是1（奇校验），则数据帧中的1位应总计为奇数。当奇偶校验位与数据匹配时，UART知道传输没有错误。但如果奇偶校验位为0，然而1位应总计为奇数;或者奇偶校验位是1，并且1位应总计是偶数，则数据帧中的位已经改变。

可选，为的是数据的抗干扰性。
校验方法分为：

1、奇校验(odd)，有效数据和校验位中“ 1”的个数为奇数
2、偶校验(even) ，有效数据和校验位中“ 1”的个数为偶数
3、0 校验(space)，不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“ 0”
4、1校验(mark)，不管有效数据中的内容是什么，校验位总为“ 1”
5、无校验(noparity)
空闲位，总是保持逻辑1

停止位

为了通知传输数据包的结束，UART发送端会将数据传输线从低电压驱动至高电压至少两位持续时间。它是一个字符数据的结束标志。

由 0.5、 1、 1.5 或 2 个逻辑 1 的数据位表示

波特率

波特率(Baud rate)：一般选波特率都会有9600,19200,115200等选项。其实意思就是每秒传输这么多个比特位数(bit)。约定彼此收发数据的频率，即每1bit所占时间的约定

怎么发送一字节数据，比如‘A‘?

A 的ASCII值是0x41,二进制就是01000001，怎样把这8位数据发送给PC机呢？

双方约定好波特率（每一位占据的时间）；
规定传输协议

当UART数据传输线不传输数据时，它通常保持在高电压电平。为了开始数据传输，发送UART将传输线从高电平拉至低电平一个时钟周期。

逻辑电平就是说代表信号1的引脚电平是人为规定的。

注：在xV至5V之间，就认为是逻辑1，在0V至yV之间就为逻辑0。如图是TTL/CMOS逻辑电平下，传输‘A’时的波形：

UART的优缺点

优点

只使用两根电线
不需要时钟信号
有一个奇偶校验位
只要双方设置后，就可以改变数据包的结构
有完整的文档并且具有广泛的使用

缺点

数据帧的大小限制为最多9位
不支持多个从属或多个主系统
每个UART的波特率必须在10％之内

UART相关配置寄存器

uart各个寄存器各个位的含义

ULCONn：线路控制寄存器

ULCONn：线路控制寄存器，用于设定线路的字长度、停止位个数、奇偶校验方式、是否使用红外模式。（看的书中翻译成“线性控制寄存器”，我感觉是不正确的）

我在jz2440里配置为：

①取消红外线模式（Infrared Mode）
②无奇偶校验（Parity Mode）
③一个停止位（Number of Stop Bit）
④八个数据位（Word Length）

UCONn：控制寄存器

UCONn: 控制寄存器，用于设定操作模式（中断或轮询/DMA）、环回模式、中断方式、时钟选择。

我在jz2440里配置为：

时钟设置为PCLK（Clock Selection）
中断脉冲触发（Tx/Rx Interrupt Type）
接收超时中断不允许（Tx/Rx Error Status Interrupt Enable）
接收超时中断不允许（Rx Time Out Enable）
不产生接收错误中断（Rx Error Status Interrupt Enable）
设置正常模式，不使用环回模式（Loopback Mode）
设置正常模式，不启动间断发送（Send Break Signal）
发送/接收模式设置为中断请求或轮询模式（Transmit/Receive Mode）

UFCONn：FIFO控制寄存器

UFCONn：FIFO控制寄存器，用于控制FIFO操作方式，如是否使用FIFO以及触发级别。

这里我们不使用FIFO不用设置，默认即可。

由于我们需要大量数据的传输时，才使用FIFO，若是传输几个字节的数据时，不必启用FIFO。

UMCONn：MODEM控制寄存器

UMCONn：Modem控制寄存器，用于设置是否使用AFC（自动流控制）和RTS。TTL2是不支持流控制的，所以没有UMCON2寄存器。

我们不设置，所以就默认值就好。

UTRSTATn：收发状态寄存器

UTRSTATn：收发状态寄存器，可从中读取收发保持寄存器的状态，即是否有数据，仅在非FIFO模式下使用。

我们判断在[2]位是否存在数据

UERSTATn：错误状态寄存器

UERSTATn：错误状态寄存器，可从中读取接收错误状态。

我们不设置，所以就默认值就好。

UFSTATn：FIFO状态寄存器

UFSTATn：FIFO状态寄存器，可从中读取FIFO状态信息，用于FIFO模式。

我们不设置，所以就默认值就好。

UMSTATn：Modem状态寄存器

UMSTATn：Modem状态寄存器，可从中读取Modem状态，即CTS信号状态。TTL2不支持流控制，所以没有UMSTAT2寄存器。

我们不设置，所以就默认值就好。

UTXHn/URXHn：传输缓冲寄存器

UTXHn和URXHn：收发保持（对非FIFO模式）和缓冲（对FIFO模式）寄存器，用于收发数据。

在UART块中有三个UART传输缓冲区寄存器，包括UTXH0、UTXH1和UTXH2。UTXHn有一个用于传输数据的8位数据。

UBRDIV：波特率除数寄存器

UBRDIV：波特率除数寄存器，用于设定串口通信波特率。

我们根据波特率以及一些参数算出最终的值写入这个寄存器即可。

关于中断

边沿（脉冲？）触发：一旦（as soon as)Tx缓冲区变为(becomes)空（非FIFO模式）或者达到(reaches)Tx FIFO触发级别（FIFO模式），则请求中断。注意，这里的“一旦”不仅限定前半句（非FIFO模式），也限定后半句（FIFO模式）。“一旦”与“变为”和“达到”连接起来，表示的是一个时间点，一个变化过程，是变为空或者达到触发级别的时间点或者说变化过程中请求中断。这个时间点过后，或者变化完成后，就不再请求中断了。只要处理中断后，清除源未决寄存器（SRCPND）和中断寄存器（INTPND）的相关位，就不会再有中断发生了。
电平触发：当（while)Tx缓冲区为空（非FIFO模式）或者达到Tx FIFO触发级别，则请求中断。这里的“当”限定前半句和后半句。“当”表示的是一种状态，是处于缓冲区空或者达到Tx FIFO触发级别的状态的时候，就请求中断。处理中断后，即使清除了源未决寄存器（SRCPND）和中断寄存器（INTPND）的相关位，只要这种状态存在，就一直请求中断，即会再次发起中断请求。只有不存在这种状态了，才不会再发起中断请求。

FIFO与非FIFO的区别

S3C2440A的UART内部对于接收和发送各有64字节的缓冲区，当使用FIFO模式时，UART将使用这个缓冲区进行数据暂存操作，这样可以增加数据吞吐量，提高传输速率。其实，非FIFO模式也可以看作是特殊的FIFO模式，即只有一个字节缓冲区的FIFO模式。二者的主要不同在于读取缓冲区状态的方式：非FIFO模式下，通过UTRSTAT寄存器得知收发缓冲区状态；FIFO模式下，则从UFSTAT寄存器获得缓冲区状态。要注意的是，在FIFO模式下，只有达到触发级别后才会发起Rx或Tx中断。比如说，如果设置接收触发级别为16字节，则只有在接收缓冲区中有16个字节以上数据时，才会发起Rx中断请求。如果需要进行输入回显，则可能导致不能立即回显用户在串口工具中输入的字符。

自动流控制（AFC）

AFC(Auto Flow Control):自动流控制。S3C44BoX中的UART用nRTS（发送请求信号）和nCTS（清除发送信号）来支持自动流控制，以此实现UART之间的互联。
自动流控制涉及到RTS和CTS，我查了下相关缩写的含义：
DTE：Data Terminal Equipment，数据终端设备，一般指计算机。
DCE：Data Communication Equipment，数据通信设备，一般是调制解调器（Modem）。
DTR：Data Terminal Ready，数据终端就绪，DTE向DCE发送这个信号表示已经准备就绪。
DSR：Data Set Ready，数据设备就绪，DCE向DTE发送这个信号表示已经准备就绪。
RTS：Request To Send，请求发送，DTE向DCE请求发送数据。
CTS：Clear To Send，清除发送，DCE向DTE表示准备就绪，可以接收数据了。

UART通讯编程

我们所使用的时RX0/TX0，所对应的引脚位GPH2、GPH3。

这里的GPHCON 之类的变量是自己定义的宏定义，比如把指针地址直接定义为一些宏定义，这样就方便以及隐藏地址，本质还是地址

代码如下：

#include "s3c2440.h"void uart0_init(){/* 设置引脚用于串口 *//* GPH2,3用于TxD0, RxD0 */GPHCON &= ~((3<<4)|(3<<6));GPHCON |= ((1<<4)|(1<<6));GPHUP &= ~((1<<2)|(1<<3)); //使能内部上拉/* * ULCONn：线路控制寄存器* 根据寄存器的[7:0]的数据位的配置可知为：000011也就是3*/ULCON0 = 0x03;/** UCONn：控制寄存器* 根据寄存器的[15:0]的数据位可知的配置位：0000 00 0 0 0 0 0 0 01 01也就是5*/UCON0 = 0x05;/* UFCONn：FIFO控制寄存器* * ->因为我们还没有使用FIFO，所以就暂时不设置<-*//* UMCONn：MODEM控制寄存器* * ->因为我们还没有使用MODEM，所以就暂时不设置<-*//* UERSTATn：错误状态寄存器* * ->因为我们还没有用到，所以就暂时不设置<-*//* UFSTATn：FIFO状态寄存器* * ->因为我们还没有用到，所以就暂时不设置<-*//* UMSTATn：Modem状态寄存器* * ->因为我们还没有用到，所以就暂时不设置<-*//* UBRDIV：波特率除数寄存器* * 设置波特率* UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1* UART clock = 50M* UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26**/UBRDIV0 = 26;}/** UTXHn/URXHn：传输缓冲寄存器 ,用来发送接收数据的缓冲区。这里的UTXH0_B，以及UTXH0_L表示采用大尾端还是小尾端**判断UTRSTAT0里的[2]是否为1：若是为1，则表示里面的发送缓冲和发送移位寄存器时为空,则表示可以出发送数据，若是为0，表明有数据，死循环等待。* L是指尾端（endian）模式是小尾端模式* B是指尾端（endian）模式是大尾端模式* 大小尾端：大尾端是指数据的低位（就是权值较小的后面那几位）保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中。小尾端反之*/
int putchar(char c){while(!(UTRSTAT0 & (1<<2));UTXH0_STR_B = (unsigned char)c;//这里的UTXH0_STR_B也就是传输缓冲寄存器}int getchar(void){while(!(UTRSTAT0 & (1<<0)));return URXH0_STR_B;//这里的URXH0_STR_B也就是传输缓冲寄存器}int putstring(const char *c){while (*s){putchar(*s);s++;}}

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