2020年06月14日 | s3c2440串口详解

一、UART原理说明

通用异步收发器简称UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)，它用来传输串行数据：发送数据时，CPU将并行数据写入UART，UART按照一定的格式在一根电线上串行发出；接收数据时，UART检测另一根电线上的信号，将串行数据收集放在缓冲区中，CPU就可以读取UART获得这些数据。串口之间以全双工方式传输数据，最精简的连线只有三根线：TxD用于发送数据，RxD用于接收数据，Gnd用于给双方提供参考电平，连线如下图：

UART使用标准的TTL/CMOS逻辑电平（0-5V、0-3.3V、0-2.5V、0-1.8V）来表示数据，高电平表示1，低电平表示0。为了增强数据的抗干扰能力、提高传输长度，通常将TTL/CMOS逻辑电平转换为RS232逻辑电平，3-12V表示0，-3--12V表示1。

TxD、RxD数据线以‘位’为最小单位传输数据。帧由具体完整意义的、不可分割的若干位组成，它包含开始位、数据位、校验位、停止位。发送数据之前UART之间要约定好数据的传输速率（每位所占用的时间，其倒数称为波特率）、数据的传输格式（有多少数据位、是否使用校验位、是奇校验还是偶校验，有多少个停止位）。

数据传输如下图：

（1）、平时数据线处于“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（变为0状态）并维持1位的时间，这样接收方检测到开始位后，再等待1.5位的时间就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一帧中可以有5、6、7、8位数据，发送方一位一位地改变数据线的状态将它们发送出去，首先发送最低位。

（4）、如果使用校验功能，UART在发送完数据后，还要发送1个校验位。有两种校验法：奇校验、偶校验（数据位连同校验位中，“1”的数目是奇数还是偶数）。

（5）、最后，发送停止位，数据线恢复到“空闲”状态。停止位的长度有3种：1位、1.5位、2位。

二、S3C2440 UART的特性

s3c2440中UART，有三个独立的通道，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，s3c2440可以达到115.2Kbit/s；s3c2440UART的FIFO深度为64字节。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地发送到TxD数据线上（根据设定的格式，插入开始位、校验位、停止位）。接收数据时，“接收移位器”将RxD数据线上的数据一位一位接收进来，然后复制到接收FIFO，CPU即可从中读取数据。

UART结构图

三、s3c2440UART的使用

在使用UART之前需要设置波特率、传输格式（有多少个数据位、是否使用校验位、是奇校验还是偶校验、有多少个停止位、是否使用流量控制）；对于s3c2440还要设置相应的管脚位UART功能、选择UART通道工作模式为中断模式还是DMA模式，设置好后，往某个寄存器写入数据即可发送，读取某个寄存器即可得到接收到的数据。可以查询状态寄存器或设置中断来获知数据是否已经发送完毕、是否已经接收完毕。

具体操作方法：

1、将所涉及的UART通道管脚设为UART功能

比如UART0，GPH2、GPH3分别用作TxD0、RxD0，要使用串口通道0时，先设置GPHCON寄存器将GPH2、GPH3引脚功能设置为TxD0、RxD0。

2、UBRDIVn寄存器：设置波特率

s3c2440UART的时钟源有三种选择：FLCK/n(n值通过UCON0-UCON2联合设置)、UEXTCLK、PCLK。

根据给定的波特率、所选择的的时钟源的频率。可以通过以下公式计算UBRDIVn寄存器（n为0-2）的值，

给出了计算公式、例子及误差计算

3、ULCONn寄存器：设置传输格式

4、UCONn寄存器：串口控制寄存器

UCONn寄存器用来选择UART时钟源、设置UART中断方式等。

n的值有UCON0、UCON1、UCON2这3个寄存器的[15:12]一起来确定。

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的触发阈值，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。并可以通过设置这个寄存器来复位各个FIFO。

读取USTATn寄存器可以知道各个FIFO是否已满、其中有多少个数据。

不适用FIFO时可以认为FIFO深度为1，使用FIFO时s3c2440FIFO深度64。

6、UMOCONn寄存器、UMSTATn寄存器

这两类寄存器用于流量控制。

7、UTRSTATn寄存器

这个寄存器用来表示数据是否已经发送完毕、是否接收完毕。

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就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，CPU读取这个寄存器，就可以获取数据。

四、UART使用程序

serial.h

void uart0_init(void);

void putc(unsigned char c);

unsigned char getc(void);

int isDigit(unsigned char c);

int isLetter(unsigned char c);

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;

}

/*

 * 判断一个字符是否数字

 */

int isDigit(unsigned char c)

{

    if (c >= '0' && c <= '9')

        return 1;

    else

        return 0;       

}

/*

 * 判断一个字符是否英文字母

 */

int isLetter(unsigned char c)

{

    if (c >= 'a' && c <= 'z')

        return 1;

    else if (c >= 'A' && c <= 'Z')

        return 1;       

    else

        return 0;

}