2019年10月29日 | S3C2440的UART通信

1、UART原理简介

在介绍2440的UART控制器之前，我们首先来了解一下UART的原理

UART：Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(通用异步收发送器)，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最精简的连线形式只有3根线，TXD用于发送，RXD用于接收，GND用于提供参考电平。UART之间以帧作为数据传输单位，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，互相通信的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）。
        
2、S3C2440 UART的特性

S3C2440的通用异步收发器（UART）配有3个独立异步串行I/O（SIO）端口，每个都可以通过产生中断或DMA请求来进行CPU和UART之间的数据传输。如图1所示：每个UART包含一个波特率发生器、发送器、接收器和一个控制单元，

图1 2440UART方框图(带FIFO)

波特率发生器可以由PCLK、FCLK/n或UEXTCLK（外部输入时钟）时钟驱动。UART通过使用系统时钟可以支持最高115.2Kbps的比特率。如果是使用外部器件提供UEXTCLK的UART，则UART可以运行在更高的速度。发送器和接收器各包含一个64字节的FIFO和数据移位器。要发送数据时，先将数据写入到FIFO接着在发送前复制到发送移位器中，随后将数据从发送数据引脚(TXDn)移出；接收数据时，从接收数据引脚(RXDn)移入收到的数据，接着从移位器复制到FIFO。

3、S3C2440 UART的使用

对于S3C2440，使用UART之前，首选需要对2440的UART模块进行初始化，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，还可以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。

我用的开发板是天嵌的TQ2440，该开发板用SP3232EEN扩展了一个RS232串口，电路连接如图2 所示：

图2 RS232原理图

波特率发生器

每个UART的波特率发生器为发送器和接收器提供串行时钟，波特率发生器的时钟源可以选择S3C2440A的内部时钟系统或者UEXTCLK。波特率时钟是通过16和由UART波特率分频寄存器(UBRDIVn)（n=0,1,2）指定的16位分频系数来分频源时钟(PCLK，FCLK/n或者UEXTCLK)产生的，UBRDIVn由下列表达式确定：

UBRDIVn=(int)(UART时钟/(波特率*16))-1

UART时钟：PCLK，FCLK/n或者UEXTCLK，例如，如果波特率为115200bps并且UART时钟为40MHz，则UBRDIVn为：

UBRDIVn=(int)(40000000/(115200*16))-1=(int)(21.7)-1（取最接近的整数）=22-1=21

介绍发送和接收操作之前，先介绍几个重要的寄存器

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

ULCONn寄存器：设置传输格式

UCONn寄存器：它用于选择UART时钟源、设置UART中断方式

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。

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
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

UERSTATn寄存器，用来表示各种错误是否发生

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

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。

下面通过实际的代码来理解2440的UART

首选是UART的初始化，TQ2440将UART0引了一个接口出来，就介绍UART0吧

2440的UART引脚是挂接在GPH上的，所以使用UART之前需要先对GPH的引脚功能进行配置。

void uart0_init(void)
{
    GPHCON  |= 0xaa;    // GPH0，GPH1，GPH2，GPH3分别nCTS0，nRTS0，TXD0，RXD0
    GPHUP   = 0x7ff;     //内部上拉被禁止

UFCON0  = 0x00;     // 不使用FIFO
    UMCON0  = 0x00;     // 不使用流控

    ULCON0  = 0x03;     // 8N1(8个数据位，无校验，1个停止位)
    UCON0   = 0x245;   

// 查询方式，UART时钟源为PCLK，中断请求方式为Tx-电平，Rx-脉冲
   rUBRDIV0=( (int)(pclk/16./baud+0.5) -1 );   //设置波特率
}

接下来几个是进行数据的发送和接收的函数

//======此函数的作用是向UART发送一个字符，不用FIFO，直接用UART发送

void Uart_SendByte(char data)

{

if(data=='n')

{

while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));

取出rUTRSTAT0(UART0发送/接收寄存器)寄存器中的第2位，含义为Transmit buffer是否为空，为1时表示空。在发送缓冲器为空时，再发送

// Delay(1);                 //because the slow response of hyper_terminal

       WrUTXH0('r');  //将数据写入到UART0发送缓冲器中

}

while(!(rUTRSTAT0 & 0x2));   //Wait until THR is empty.

//  Delay(1);

WrUTXH0(data);

}              

//========发送字符串的函数

void Uart_SendString(char *pt)

{

    while(*pt)

        Uart_SendByte(*pt++);

}

//C语言的可变参数，为了达到printf的功能

//例如：Uart_Printf(“my name is %s”a[10]) ;就相当于Uart_SendString(“my name is XX”);XX是a[10]的内容

void Uart_Printf(char *fmt,...)  

{

       va_list ap;

       char string[256];

       va_start(ap,fmt);

       vsprintf(string,fmt,ap);

       Uart_SendString(string);

       va_end(ap);

}

//==等待，直到UART的发送器为空，就是发送完毕

void Uart0_TxEmpty()

{

while(!(rUTRSTAT0 & 0x4));  //Wait until Tx shifter is empty.

}

//===从终端上获取敲入的字符，返回值为char类型。RdURXH0有数据时，返回URXH的数据。当URXH没有数据时，总是等待，直到有数据。

char Uart_Getch(void)

{

while(!(rUTRSTAT0 & 0x1)); //接收缓冲器接收到有效数据

return RdURXH0();   //从UART0接收缓冲器(URXH0)接收数据

}

//===Uart_GetKey 这个与Uart_Getch 不同的是，当URXH没有数据时返回0。有数据时，返回数据，这个函数可以用来查看当前URXH中的值。

char Uart_GetKey(void)

{

if(rUTRSTAT0 & 0x1)    //Receive data ready

return RdURXH0();

else

return 0;

}

//==这个函数用于从终端得到一个字符串，并储存到string中

void Uart_GetString(char *string)

{

    char *string2 = string;

    char c;

    while((c = Uart_Getch())!='r')//’r’是回车键

    {

        if(c=='b')//’b’是backspace按键

        {

            if( (int)string2 < (int)string )

            {

                Uart_Printf("b b");//因为backspace，所以删除最后一个显示的字符

                string--;

            }

        }

        else

        {

            *string++ = c;       //不是回车和退格键，则储存到string中

            Uart_SendByte(c);   //每输入一个字符，都将它输出到终端中

        }

    }

    *string='';

    Uart_SendByte('n');

}