UART协议简述及编程

UART原理简述

        通用异步收发器简称UART（universal asynchronous receiver transmitter）。他的用途很广泛，一般常用的就是用来输出打印的信息，也可以外接各种模块，例如GPS和蓝牙等。

        正是因为这种协议非常的简单可靠，所以才那么的受欢迎。它只需要三条线，TxD用来发送数据，RxD用来接收数据，以及一根接地线Gnd。UART使用双方只要使用三根线就能进行通信。

            一般在发送之前，收发双方都要先约定好一定的规则：传输数据的速率（每位所占据的时间，其倒数就是波特率）；数据格式（每帧包含多少位数据，包含开始位、数据位（5~8 bit）、校验位（可有可无）和停止位（1~2 bit））。

        UART使用标准的TTL/CMOS逻辑电平（0~5V，0~3.3V，0~2.5V或0~1.8V）来表示数据，1表示高电平，0表示低电平。为了提高抗干扰能力、提高传输的距离，通常也会TTL/CMOS逻辑电平转换为RS-232逻辑电平，3~12V表示0，-3~-12V表示1。

        下面以传输字符‘A’的过程来了解一下UART协议传输数据的流程：

（1）一开始保持高电平（芯片内部使用上拉电阻），等待数据传输开始发出的开始位

（2）当要开始传输数据后，TxD数据线的由1变为0，并保持一位的时间，以便接收方能检测到，并等待1.5位的时间后开始接收数据

（3）之后便是传输的数据（上图是7位数据）

（4）如果有校验位的话，数据位之后便是1位的校验位。不过现在一般不使用了

（5）最后就是拉高电平，保持1、1.5或者2位的停止位，表示一帧的结束

 

S3C2440芯片的UART

下面是我使用的S3C2440的UART流程框图：

        发送数据的时候，先把数据放入64字节的FIFO寄存器（如果开启了FIFO模式），然后才会把数据放到发送移位器，串行的发送给接收方。类似的，接收数据的时候是先放到接收移位器，然后放到FIFO寄存器，CPU就是从FIFO寄存器取数据的。

        至于什么时候能发送数据，什么时候能从FIFO寄存器中取数据呢？芯片提供了状态寄存器UTRSTATn，后面编程我们将会看到怎么使用这个寄存器。

 

S3C2440的UART模块初始化

       虽然上面对于UART协议的描述有很多，但是真正初始化UART，只是简单设置一些寄存器而已，下面我们还是以JZ2440芯片为例。

（1）配置GPIO引脚

     上面是芯片原理图中对于UART所使用的GPIO。芯片有3个串口，一般用串口0用于调试，其他两个有它用，也就是配置TXD0/GPH2和RXD0/GPH3为10就可以了。

因为空闲状态时，TXD0和RXD0是高电平，所以我们要拉高相关GPIO，也就是把GPH[2]和GPH[3]配置为0

（2）设置波特率

芯片手册已经给出了计算波特率的公式，如上所示。我们一般使用115200的波特率，所以相关寄存器的值就可以这么得到：

UART clock = PCLK = 50M  （这个是我已经配置好的时钟频率，根据自己的实际情况设置）
UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26

可以直接把值26写入到寄存器UBRDIV0

（3）设置UART控制寄存器

这个控制寄存器UCONn一共16位，不过我们简单的设置前4位就能满足我们需求了，都设置为中断模式，所以设置UCON0=0x00000005

（4）设置数据格式

我这里设置的数据格式为：8N1  ->  8个数据位，没有校验位，1个停止位。

所以寄存器的值为：  ULCON0 = 00000011 = 0x00000003

 

初始化UART部分的代码：

void uart0_init()
{
	/*设置引脚用于串口*/
	/*GPH2,3 用于TxD0, RxD0*/
	GPHCON &= ~( (3<<4) | (3<<6) );
	GPHCON |= ( (2<<4) | ((2<<6)) );

	GPHUP &= ~( (1<<2) | (1<<3) );
	
	/*设置波特率*/
	/* UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) –1 */
	/*
	UART clock = PCLK = 50M
	UBRDIVn = (int)( 50000000 / ( 115200 x 16) ) –1 = 26
	*/
	UCON0 = 0x00000005; //PCLK, 终端或者查询模式
	UBRDIV0 = 26;

	/*设置数据格式*/
	ULCON0 = 0x00000003; //8N1: 8个数据位，没有校验位，1个停止位

}

（6）发送和接收数据

       上面我们已经提到过，可以根据UTRSTAT0寄存器进行判断，什么时候可以写数据到发送buffer，什么时候可以从接收buffer中取数据。

上图翻译成中文就是：

       所以当我们想发送数据时，可以循环等待UTRSTAT0[2]是否为1，如果为1证明buffer中的数据都发送完了，我们可以继续往buffer中写数据。

        类似的，我们想读取数据时，可以循环等待UTRSTAT0[0]是否为1，如果为1，证明已经接收到数据了，我们就可以到相应的寄存器读取数据。

写数据的寄存器：

读数据寄存器：

我们这里使用小端模式。

收发数据的示例代码如下：

int putchar(int c)
{
	/*UTXH0*/
	while ( !(UTRSTAT0 & (1<<2)) ); //为0代表上次的数据还没发送
	UTXH0 = (unsigned char)c;
	
	
}


int getchar(void)
{
	/*read URXH0*/
	while ( !(UTRSTAT0 & (1<<0)) );
	return URXH0;
	
}

int puts(const char *s) //发送字符串
{
	while(*s)
	{
		putchar(*s);
		s++;
	}
}