2018年10月14日 | Exynos4412裸机程序之UART收发数据

Exynos4412 UART 的特性

Exynos4412 中UART，有4 个独立的通道，每个通道都可以工作于中断模式或DMA 模式，即 UART 可以发出中断或 DMA 请求以便在UART 、CPU 间传输数据。UART 由波特率发生器、发送器、接收器和控制逻辑组成。

使用系统时钟时，Exynos4412 的 UART 波特率可以达到 4Mbps 。波特率可以通过编程进行 。

Exynos4412 UART 的通道 0有 256 字节的发送 FIFO 和 256 字节的接收FIFO ；通道 1、4有 64 字节的发送 FIFO 和 64 字节的接收FIFO；通道 2、3有 16 字节的发送FIFO 和 16 字节 的接收 FIFO 。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” (Transmit Shifter )中，发送移位器将数据一位一位地发送到 TxDn 数据线上 (根据设定的格式，插入开始位 、较验和停止)。接收数据时，“移位器” (Receive Shifter )将 RxDn 数据线上的数据一位一位的接收进来，然后复制到FIFO 中， CPU即可从中读取数据。

Exynos4412 UART的每个通道支持停止位有 1位、 2位，数据位有 5、6、7或 8位，支持校验功能，另外还有红外发送 /接收功能。

Exynos4412 UART结构图

exynos4412 uart

声明

以后没有特殊说明，程序结构都和《Tiny4412裸机程序之代码在DDR SDRAM中运行》时的一样。

整个程序的运行过程大致如下：系统上电后，首先将sd卡扇区1处的bl1拷贝到IRAM的0x02020000地址处，然后运行该部分代码，该部分代码首先又会加载BL2.bin，BL2.bin会进行时钟和DRAM初始化，然后把位于sd卡中扇区49处的main.bin拷贝到DRAM的0x43E00000地址处，最后跳转到该地址处继续运行。

uart初始化步骤：

1.将所涉及的UART通道管脚设为UART功能

比如 UART 通道 0中， GPA0_0 、GPA0_1 分别用作 RXD0 、TXD0，要使用 UART 通道 0时，先设置 GPA0CON 寄存器将 GPA0_0 、GPA0_1 引脚的功能设为 RXD0 、TXD0 。

2. 选择UART的时钟源

uart clock

Exynos4412 UART的时钟源有八种选择： XXTI 、XusbXTI 、SCLK_HDMI24M 、SCLK_USBPHY0 、 SCLK_HDMIPHY 、SCLKMPLL_USER_T 、SCLKEPLL 、SCLKVPLL ，由 CLK_SRC_PERIL0 寄存器控制。
选择好时钟源后，还可以通过 DIVUART0 ～4设置分频系数 设置分频系数 ，由 CLK_DIV_PERIL0 寄存器控制。 从分频器得到的时钟被称为SCLK UART 。

SCLK UART 经过上图中的“ UCLK Generator”后，得到UCLK ，它的频率就是UART 的波特率。“ Generator UCLK Generator ”通过这 2个寄存器来设置： UBRDEVn 、UFRACVALn (在下面描述 在下面描述 )。

CLK_SEC_PERIL0格式

CLK_DIV_PERIL0的寄存器格式

3. 设置波特率：UBRDIVn寄存器(UART BAUD RATE DIVISOR)、UFRACVALn寄存器

根据给定的波特率、所选择时钟源频率，可以通过以下公式计算 UBRDIVn 寄存器 (n 为 0～4，对应 5个 UART 通道 )的值。

UBRDIVn = (int)( UART clock / ( buad rate x 16) ) – 1

上式计算出来的 UBRDIVn 寄存器值不一定是整数， UBRDIVn 寄存器取其整数部分，小部分由 UFRACVALn 寄存器设置， UFRACVALn 寄存器的引入，使产生波特率更加精确。

例如，当UART clock为100MHz时，要求波特率为115200 bps，则：

100000000/(115200 x 16) – 1 = 54.25 – 1 = 53.25

UBRDIVn = 整数部分 = 53

UFRACVALn/16 = 小数部分 = 0.25

UFRACVALn = 4

4. 设置传输格式：ULCONn寄存器(UART LINE CONTROL)

ULCONn 寄存器 (n 为 0～4) 格式如下图所示：

ULCONn寄存器格式

5. 设置UART工作模式：UCONn寄存器(UART CONTROL)

UCONn寄存器格式

UCONn寄存器格式

6. UFCONn寄存器(UART FIFO CONTROL)、UFSTATn寄存器(UART FIFO STATUS)

UFCON n寄存器用于设置是否使用FIFO，设置各 FIFO的触发阀值，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UFCON n寄存器来复位各个 FIFO 。

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

不使用 FIFO 时，可以认为 FIFO 的深度为1，使用 FIFO 时 Exynos4412 的 FIFO 深度最高可达到256 。

7. UMCONn寄存器(UART MODEM CONTROL)、UMSTATn寄存器(UART MODEM STATUS)

这两类寄存器用于流量控制，里不介绍。

8. UTRSTATn寄存器(UART TX/RX STATUS)

UTRSTAT n寄存器用来表明数据是否已经发送完毕、是否已经接收到数据，格式如下表所示，下面说的“缓冲区”，其实就是下图中的 FIFO ，不使用 FIFO 功能时可以认为其深度为 1。

UTRSTATn寄存器格式

9. UERSTATn寄存器(UART ERROR STATUS)

用来表示各种错误是否发生，位 [0] 至位 [3] 为 1时分别表示溢出错误、校验错误、帧错误、检测到“ break ”信号。读取这个寄存器时，它会自动清 0。

需要注意的是，接收数据时如果使用 FIFO ，则 UART 内部会使用一个“错误 FIFO ”来表明接收 FIFO 中哪个数据在接收过程发生了错误。 CPU 只有在读出这个错误的数据时，才会觉察到发生了错误 。要想清除“FIFO ”，则必须读出错误的数据，并读出UERSTATn 寄存器。

10. UTXHn寄存器(UART TRANSMIT BUFFER REGISTER)

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。

11. URXHn寄存器(UART RECEIVE BUFFER REGISTER)

当 UART 接收到数据时，读取这个寄存器，即可获得数据。

程序说明

程序文件和上一个实验大同小异，只是在MAIN文件夹下新建了一个init.c及init.h文件，用来存放初始化相关的代码。

下面是init.c文件的全部代码：

==================================================================

// GPIO

#define GPA0CON (*(volatile unsigned int *)0x11400000)

// system clock

#define CLK_SRC_PERIL0 (*(volatile unsigned int *)0x1003C250)

#define CLK_DIV_PERIL0 (*(volatile unsigned int *)0x1003C550)

// UART

#define UFCON0 (*(volatile unsigned int *)0x13800008)

#define ULCON0 (*(volatile unsigned int *)0x13800000)

#define UCON0 (*(volatile unsigned int *)0x13800004)

#define UBRDIV0 (*(volatile unsigned int *)0x13800028)

#define UFRACVAL0 (*(volatile unsigned int *)0x1380002c)

#define UTXH0 (*(volatile unsigned int *)0x13800020)

#define URXH0 (*(volatile unsigned int *)0x13800024)

#define UTRSTAT0 (*(volatile unsigned int *)0x13800010)

void UartInit()

{

    // 1.设置相应的GPIO用于串口功能 

    unsigned long tmp = 0;

    tmp = GPA0CON;

    tmp &= ~(0xff); //设置UART0对应的GPIO为UART功能

    tmp |= 0x22;

    GPA0CON = tmp;

    // 2.设置UART时钟源SCLK_UART 

    // 2.1 CLK_SRC_DMC : bit[12]即MUX_MPLL_SEL=1, SCLKMPLLL使用MPLL的输出

    // 2.2 CLK_SRC_TOP1 : bit[12]即MUX_MPLL_USER_SEL_T=1, MUXMPLL使用SCLKMPLLL

    // 2.3 CLK_SRC_PERIL0 : bit[3:0]即UART0_SEL=6, MOUTUART0使用SCLKMPLL_USER_T

    // 所以, MOUTUART0即等于MPLL的输出, 800MHz

    //PWM_SEL = 0;

    //UART5_SEL = 0;

    //UART4_SEL = 6; // 串口时钟源选 SCLKMPLL_USER_T

    //UART3_SEL = 6;

    //UART2_SEL = 6;

    //UART1_SEL = 6;

    //UART0_SEL = 6;

    CLK_SRC_PERIL0 = ((0 << 24) | (0 << 20) | (6 << 16) | (6 << 12) | (6<< 8) | (6 << 4) | (6));

    // 分频系数 = 7+1 = 8

    // 2.4 CLK_DIV_PERIL0 : bit[3:0]即UART0_RATIO=7,所以SCLK_UART0=MOUTUART0/(7+1)=100MHz

    CLK_DIV_PERIL0 = ((7 << 20) | (7 << 16) | (7 << 12) | (7 << 8) | (7 << 4) | (7));

    // 3.设置串口0相关 

    // 设置FIFO中断触发阈值

    // 使能FIFO

    UFCON0 = 0x111;

    // 设置数据格式: 8n1, 即8个数据位,没有较验位,1个停止位 

    ULCON0 = 0x3;

    // 工作于中断/查询模式

    // 另一种是DMA模式,本章不使用

    UCON0 = 0x5;

    // SCLK_UART0=100MHz, 波特率设置为115200

    // 寄存器的值如下计算:

    // DIV_VAL = 100,000,000 / (115200 * 16) - 1 = 53.25

    // UBRDIVn0 = 整数部分 = 53

    // UFRACVAL0 = 小数部分 x 16 = 0.25 * 16 = 4

    UBRDIV0 = 53;

    UFRACVAL0 = 4;

}

char getc(void)

{

    char c;

    // 查询状态寄存器，直到有有效数据 

    while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));

    c = URXH0; // 读取接收寄存器的值 

    return c;

}

void putc(char c)

{

    // 查询状态寄存器，直到发送缓存为空 

    while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));

    UTXH0 = c; // 写入发送寄存器 

    return;

}

void puts(char *s)

{

  while (*s)

  {

     putc(*s);

     s++;

  }

}

==================================================================

1. UART时钟源

如在《Tiny4412裸机程序，时钟操作》试验里对 MPLL 进行了设置 ，本程序使用相同的 PLL 设置代码 (文件 system_clock.c 中的 system_clock_init函数 )：

----------------------------------------------------------------

MPLL_CON0 = (1<<31 | 0x64<<16 | 0x3<<8 | 0x0);

...............

CLK_SRC_DMC = 0x00011000;

...............

CLK_SRC_TOP1 = 0x01111000;

----------------------------------------------------------------

第 1 行设置MPLL 输出 800MHz，计算公式如下：

FOUT = MDIV x FIN / (PDIV x 2 ^ SDIV) = 0x64 x 24MHz / (3 x 2^ 0) = 800MHz

第5行设置CLK_SRC_DMC 寄存器的  bit[12] 即 MUXMPLL设置为 1，使得 SCLKMPLL 使用 MPLL的输出，即  800MHz 。

第9行设置CLK_SRC_TOP1 寄存器的bit[12] 即 MUX_MPLL_USER_SEL_T为 1，使得 SCLKMPLL_USER_T 使用 SCLKMPLL ，即 800MHz 。

下图摘自芯片手册时钟管理单元的章节， 图中 MUXMPLL 和 MUXMPLL_CTRL_USER_T 都被设置为 1，所以 SCLKMPLL_USER_T 就等于 MPLL 的输出，也就是 800MHz 。

MPLL输出时钟

SCLKMPLL_USER_T 将作为整个UART 模块的时钟源。

2. UART的初始化

如上init.c文件所示，注释非常详细，不做说明。

3. UART的使用

对 UART 的使用，不外乎读取数据、输出。这由 getc 、putc 函数来实现：

char getc(void)

{

    char c;

    // 查询状态寄存器，直到有有效数据 

    while (!(UTRSTAT0 & (1<<0)));

    c = URXH0; // 读取接收寄存器的值 

    return c;

}

void putc(char c)

{

    // 查询状态寄存器，直到发送缓存为空 

    while (!(UTRSTAT0 & (1<<2)));

    UTXH0 = c; // 写入发送寄存器 

    return;

}

void puts(char *s)

{

    while (*s)

    {

        putc(*s);

        s++;

    }

}

在 main 函数里，就是调用getc 、putc 来实现我们的目：获取字符，加 1后输出：

====================================================================

int main(void)

{

    char rec;

    UartInit();

    while(1)

    {

        rec = getc();

        rec++;

        putc('\r');

        putc('\n');

        putc(rec);

    }

    return 0;

}

====================================================================

编译、烧写、运行

1.编译

通过FTP或者其他工具将文件上传到服务器上去，输入make命令进行编译将得到make_bl2.bin和main.bin文件。

编译结果

2.烧写

将SD卡插入电脑，并让VmWare里的Ubuntu识别出来，然后执行如下命令：

程序烧写

连接电脑

如下图所示，将串口线连接在开发板上

连接串口线

运行现象

运行效果

从串口上读入一个字符后， 加 1再输出。比如读到 ’A’输出 ’B’。